网络化移动机器人系统开发与应用研究

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随着机器人组件化和网络化技术的发展,智能环境与移动机器人有机结合形成的新型网络机器人技术已经成为机器人研究领域的热点之一。由于分布在环境中的辅助资源存在异构、动态、未知等特性,因而需要系统地研究网络化机器人系统框架结构、中间件技术、任务管理与协调等常用技术和方法,以形成此类系统的应用基础。本文针对室内环境下移动服务机器人应用,系统研究了多层次、松耦合网络系统框架结构下的移动机器人和典型辅助资源常用功能开发与应用技术。  论文首先分析了网络化移动机器人系统的基本组成与开发难点,提出系统设计通用性、完整性和可控性要求,继而针对辅助资源底层硬件和网络接口的异构问题,分析了智能环境对中间件技术的应用需求,提出了通过扩展机器人系统中间件的方法来构建整个网络化机器人系统。考虑到系统应具有低耦合高内聚的特点,在机器人系统中间件的基础上,设计采用了包含运行管理层、Web客户层和节点控制层的三层框架结构。  通过分析网络化移动机器人系统的运行管理机制,设计了运行管理层的具体结构和功能模块,详细给出了节点管理、Web接入和任务管理等模块的实现。针对室内服务机器人应用系统对辅助资源的功能需求,在机器人系统中间件实例ROS平台上,开发了基于线程池的并发服务器,解决了非ROS类资源的接入与交互问题,并在上述框架基础上,分别对移动机器人自主性能和动态感知类节点在智能环境下的应用进行了研究与开发。考虑到远程用户对系统友好性和实时性的要求,设计了视频数据和控制数据双通道传输的交互方案,开发了基于MJPEG压缩技术和HTTP传输协议的视频服务器以及基于WebSocket和JavaScript的人机交互接口,实现了机器人在线导航、运行监控及辅助资源在线管理等功能。  最后以室内家庭服务机器人助老助残应用为背景,围绕室内移动机器人定位导航的具体应用,测试了系统平台的运行过程,验证了网络化移动机器人系统的可行性和实用性。
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