近年來(lái)，隨著國(guó)家科技的不斷發(fā)展，機(jī)器人也得到了突破性的發(fā)展。下面是小編為大家精心推薦的機(jī)器人科技論文3000字，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>

　　機(jī)器人科技論文3000字篇一

　　《試論開放式機(jī)器人智體》

　　摘要：針對(duì)機(jī)器人功能的更新、修改、升級(jí)、維護(hù)等工作，普遍只能采用離線、靜態(tài)方式進(jìn)行的問(wèn)題，將“軟件人”引入機(jī)器人平臺(tái)中，搭建了以宿主“軟件人”為管理中心的機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)，并重點(diǎn)對(duì)宿主“軟件人”進(jìn)行了研究。首先，構(gòu)造了宿主“軟件人”的體系結(jié)構(gòu);然后，提出了宿主“軟件人”知識(shí)行為一體化描述模型，并對(duì)其知識(shí)模型進(jìn)行了基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)，對(duì)其主要服務(wù)類行為給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范及算法的參考實(shí)現(xiàn);最后，句子不通順，前面說(shuō)平臺(tái)，后面是系統(tǒng)，將平臺(tái)和系統(tǒng)合一嗎請(qǐng)核實(shí)描述，此句中的機(jī)器人平臺(tái)改為機(jī)器人系統(tǒng)。將引入宿主“軟件人”的機(jī)器人系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)中的“軟件人”系統(tǒng)進(jìn)行合一，經(jīng)測(cè)試，機(jī)器人功能的在線、動(dòng)態(tài)更替取得成功，什么意義，且此句過(guò)于抒情，摘要應(yīng)簡(jiǎn)潔明了將”引入宿主‘軟件人’的意義得以實(shí)現(xiàn)“這句去掉。同時(shí)也驗(yàn)證了對(duì)宿主“軟件人”設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方法的正確性和可行性。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)器人;宿主“軟件人”; 知行模型;“軟件人”系統(tǒng);合一系統(tǒng)

　　0 引言

　　目前，機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的開放化、模塊化[1]，機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化以及PC(Personal Computer)化已成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。實(shí)際上，早在20世紀(jì)90年代初開始，美國(guó)三大汽車制造公司就已聯(lián)合發(fā)表了它們對(duì)未來(lái)開放式模塊化控制器的需求白皮書，提出了“開放式、模塊化體系結(jié)構(gòu)控制器(Open Modular Architecture Controllers，OMAC)”的概念，并于1997年成立了OMAC用戶組織[2]。歐洲共同體的22家控制器開發(fā)商、機(jī)床生產(chǎn)商、控制系統(tǒng)集成商和科研機(jī)構(gòu)于1990年聯(lián)合發(fā)起“自動(dòng)化系統(tǒng)中開放式體系結(jié)構(gòu)(Open System Architecture for Controls within Automation System，OSACA)的研究和開發(fā)”的倡議[3]。近二十幾年間，機(jī)器人系統(tǒng)的開放可重構(gòu)研究更是受到了極大的重視。White等[4]從物理運(yùn)動(dòng)學(xué)理論的角度證明了任意尺寸自重構(gòu)機(jī)器人的存在性，并于2005年設(shè)計(jì)了Molecubes模塊化機(jī)器人;Ferenc等[5]提出了一種實(shí)時(shí)的基于公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu) (Common Object Request Broker Architecture，CORBA)協(xié)議的分布式機(jī)器人控制系統(tǒng);麻省理工學(xué)院(Massachusetts Institute of Technology， MIT)的Gilpin等[6]于2006年設(shè)計(jì)了Miche晶格式模塊化機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人任意形狀的組建。國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)器人的研究起步相對(duì)較晚，但在開放可重構(gòu)機(jī)器人研究方面也取得了一定的成果。劉明堯等[7]提出一種基于多智體(Agent)的機(jī)器人控制方法;張玉華等[8]提出了一種新型模塊化可重構(gòu)機(jī)器人(Hit Modular Selfreconfigurable Robot，HitMSR)系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案;謝峰等[9]以異構(gòu)多Agent 系統(tǒng)(MultiAgent System， MAS)理論為基礎(chǔ)，提出了一種可在多個(gè)層次上動(dòng)態(tài)重構(gòu)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

　　“軟件人”[10]是近年來(lái)在軟計(jì)算、智能化領(lǐng)域提出并發(fā)展較快的一個(gè)課題方向。它是將人工生命、人工社會(huì)研究方法與現(xiàn)有(多)智體(Agent)[11-12]的研究成果結(jié)合起來(lái)的、網(wǎng)絡(luò)世界中的虛擬機(jī)器人，是“智體(Agent)”和“對(duì)象”的升華，比通常的Agent更富有“人工生命”的特性和活性，具有感知、通信交互、任務(wù)分解、局部規(guī)劃、任務(wù)分配、學(xué)習(xí)、控制與決策、進(jìn)化(自適應(yīng))等功能，其中學(xué)習(xí)與進(jìn)化特征是其區(qū)別于Agent的關(guān)鍵所在[13]。作為人的“自然生命”在軟件世界里的模擬、延伸和擴(kuò)展，“軟件人”能進(jìn)入、遷移并駐留各種計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)中，完成計(jì)算、通信等各種信息處理工作，因此“軟件人”屬于軟件范疇，它需與類人機(jī)器人(humanoid robot)有所區(qū)分。類人機(jī)器人是外觀和功能與人一樣的智能機(jī)器人，通常是由傳感器、微型處理器等組建搭建的機(jī)器人系統(tǒng)，它包含了硬件和軟件兩個(gè)范疇。 　　1.2.1 宿主“軟件人”知識(shí)模型實(shí)現(xiàn)研究

　　“軟件人”知識(shí)模型(SoftMan KnowLedgebase Model，SMKM)定義為一個(gè)三元組[14]：

　　SMKM=〈Data， Type， Relation〉。

　　1)Data為“軟件人”知識(shí)的數(shù)據(jù)部分，表述為一個(gè)三元組：Data=〈DataType， DataContent， DataLen〉其中： DataType表示數(shù)據(jù)類型，DataContent表示數(shù)據(jù)內(nèi)容，DataLen表示數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

　　2)Type為本“軟件人”知識(shí)節(jié)點(diǎn)的邏輯類型，即資源類型知識(shí)節(jié)點(diǎn)或?qū)傩灶愋椭R(shí)節(jié)點(diǎn)。

　　3)Relation用于描述本知識(shí)節(jié)點(diǎn)與其子節(jié)點(diǎn)之間的模糊關(guān)聯(lián)，表示為：

　　Relation=∪〈SubSKMi， tValuei， fValuei〉;0≤i≤n其中：tvaluei表示第i個(gè)子知識(shí)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于本節(jié)點(diǎn)的隸屬度， fvaluei表示第i個(gè)子知識(shí)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于本節(jié)點(diǎn)的假隸屬度[14]。

　　“軟件人”知識(shí)模型SMKM主要是由以下4個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)造和實(shí)現(xiàn)的。

　　1)枚舉類型SMKMType表示“軟件人”知識(shí)Data部分的DataType，其成員包括：無(wú)數(shù)據(jù)類型smkm_no_type， 整數(shù)類型smkm_int_type， 浮點(diǎn)類型smkm_float_type，字符串類型smkm_str_type， 結(jié)構(gòu)體類型smkm_struct_type， 鏈表類型smkm_list_type。

　　2)枚舉類型SMKMLogicType表示“軟件人”知識(shí)Type部分的邏輯類型，其成員包括：資源類型smkm_logic_res_type， 屬性類型smkm_logic_attr_type。

　　3)結(jié)構(gòu)體smkmTerm表示“軟件人”知識(shí)的基本構(gòu)造元素，其成員包括：smkmType表示“軟件人”知識(shí)Data部分的DataType，*p表示“軟件人”知識(shí)Data部分的DataContent，len表示“軟件人”知識(shí)Data部分的DataLen，logicType標(biāo)明“軟件人”知識(shí)的邏輯類型Type，wMs和wUnMs表示本知識(shí)節(jié)點(diǎn)與其父節(jié)點(diǎn)的模糊關(guān)聯(lián) 。

　　4)結(jié)構(gòu)體smkmStructType為軟件人”知識(shí)基本構(gòu)造元素提供了一種靈活的組裝方式。

　　根據(jù)以上對(duì)“軟件人”知識(shí)模型與其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義與說(shuō)明，對(duì)圖3左邊宿主“軟件人”的知識(shí)庫(kù)Knowledge Base部分進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)示意圖如圖4所示。行為集Behaviors的實(shí)現(xiàn)邏輯與此類似，不再詳細(xì)贅述。

　　圖4頂層方框表示要描述的是知識(shí)Data部分的DataType為結(jié)構(gòu)體類型smkm_struct_type的知識(shí)節(jié)點(diǎn)“HostSoftMan”。第二層左分支方框描述的是“軟件人”名稱，名稱的數(shù)據(jù)類型為字符串類型smkm_str_type;LogicType=smkm_logic_res_type表明該“軟件人”知識(shí)的邏輯類型為資源類型;*p表示名稱的數(shù)據(jù)內(nèi)容為“HostSoftMan”;len=11表明名稱的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為11個(gè)字符;wMs=1、wUnMs是否應(yīng)為wUnMs，圖中表述為wUnMs將wUnM改為wUnMs=0表明與其父節(jié)點(diǎn)隸屬度為1、假隸屬度為0。第二層右分支方框枚舉了圖3宿主“軟件人”知識(shí)庫(kù)Knowledge Base的下層組成要素名稱及個(gè)數(shù)。由*p可看出組成知識(shí)庫(kù)要素的數(shù)據(jù)名稱分別為Node Data、Message Buffer、Host Abstract 和InitROT， 枚舉類型SMKMType的數(shù)據(jù)類型為字符串類型smkm_str_type;len=4表明組成要素?cái)?shù)據(jù)個(gè)數(shù)為4;wMs=1、wUnMs=0表明與其父節(jié)點(diǎn)隸屬度為1、假隸屬度為0。對(duì)圖4中第三層與第四層的理解可分別參照對(duì)頂層和第二層的解釋，不再贅述。

　　1.2.2 宿主“軟件人”行為規(guī)范及算法實(shí)現(xiàn)

　　服務(wù)類行為集SrvBehs是與宿主“軟件人”的職能所對(duì)應(yīng)的，因篇幅有限，本節(jié)選取其服務(wù)類行為集SrvBehs中典型的信道建立行為CreateChannelBeh和節(jié)點(diǎn)容錯(cuò)行為FaultToleranceBeh進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及算法的參考實(shí)現(xiàn)。

　　1) 信道建立行為CreateChannelBeh。

　　“軟件人”之間通過(guò)消息傳遞進(jìn)行交互[21]，因此，在機(jī)器人平臺(tái)中擔(dān)當(dāng)守護(hù)、信息處理角色的宿主“軟件人”需先創(chuàng)建通信信道。在嵌入式Linux系統(tǒng)中，支持多種進(jìn)程間通信(InterProcess Communication，IPC)，常用的IPC方式有：共享內(nèi)存、信號(hào)量、管道、消息隊(duì)列、socket等。本文選取socket作為進(jìn)程間通信的方式，建立機(jī)器人平臺(tái)上的通信信道。信道建立后，宿主“軟件人”可為機(jī)器人端提供消息守護(hù)功能。節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的附體“軟件人”能通過(guò)信道與宿主“軟件人”進(jìn)行通信，同時(shí)，“軟件人”平臺(tái)上的消息節(jié)點(diǎn)也能通過(guò)連接該信道與機(jī)器人平臺(tái)上的“軟件人”進(jìn)行通信。宿主“軟件人”消息守護(hù)流程如圖5所示。

　　2) 節(jié)點(diǎn)容錯(cuò)行為FaultToleranceBeh。

　　容錯(cuò)機(jī)制是系統(tǒng)可靠性的一種保證。宿主“軟件人”作為機(jī)器人系統(tǒng)的守衛(wèi)者和管理者，關(guān)鍵是要保障機(jī)器人節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行。因此，需討論宿主“軟件人”為使系統(tǒng)可靠運(yùn)行而提供的容錯(cuò)行為。對(duì)于宿主“軟件人”的容錯(cuò)行為，首先需要能為異常結(jié)束的附體“軟件人”提供重新啟動(dòng)的功能。宿主“軟件人”處理附體“軟件人”進(jìn)程退出信號(hào)過(guò)程如圖6所示。

　　在宿主“軟件人”監(jiān)聽到附體“軟件人”退出時(shí)，通過(guò)查看“軟件人”狀態(tài)來(lái)判斷是否有異常。若已申請(qǐng)退出，則宿主“軟件人”釋放維護(hù)的相關(guān)信息;否則認(rèn)為該“軟件人”進(jìn)程為異常退出，重新啟動(dòng)附體“軟件人”。當(dāng)宿主“軟件人”接收到操作系統(tǒng)內(nèi)核傳來(lái)的信號(hào)時(shí)，附體“軟件人”進(jìn)程已經(jīng)結(jié)束，且尚未處理的輸入消息也將丟失。若采用直接重新啟動(dòng)從初始化狀態(tài)開始工作，雖然避免了附體“軟件人”異常退出，但并未能保證其對(duì)外服務(wù)的連續(xù)性。因此，為了避免附體“軟件人”服務(wù)的中斷，宿主“軟件人”采取了檢查點(diǎn)容錯(cuò)機(jī)制。即宿主“軟件人”定期的保存運(yùn)行期附體“軟件人”的相關(guān)信息(檢查點(diǎn))，當(dāng)附體“軟件人”因意外終止而重啟時(shí)，利用保存的信息初始化附體“軟件人”，使得“軟件人”能從檢查點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行，以此保持“軟件人”對(duì)外服務(wù)的持續(xù)性。