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目录 i

目 录

第一章 绪论 .......................................................... 1

1.1 机器人开发平台现状 ........................................... 1 1.2 Microsoft Robotic Studio 概述 ................................ 3 1.3 Microsoft Robotic Studio的组成 ............................... 4

1.2.1 Visual Programming Language(VPL) ........................ 4 1.2.2 Microsoft DSS Manifest Editor(DDSME) .................... 5 1.4 本文主要研究成果与内容安排 ................................... 5 第二章 VPL的组件与功能 .............................................. 7

2.1 数据类组件 ................................................... 7

2.1.1 Variable(变量组件) ...................................... 7 2.1.2 Calculate(计算组件) ..................................... 7 2.1.3 Data(数据组件) .......................................... 8 2.1.4 Math Function(数学组件) ................................. 8 2.2 逻辑类组件 ................................................... 9

2.2.1 If组件 ................................................. 9 2.2.2 Switch组件 ............................................. 9 2.2.3 Join组件 ............................................... 9 2.2.4 Merge组件 ............................................. 10 2.3 输出类组件 .................................................. 10

2.3.1 Simple Dialog组件 ..................................... 10 2.3.2 Flexible Dialog组件 ................................... 11 2.3.3 Log组件 ............................................... 12 2.3.4 TexttoSpeechTSS组件 ................................... 12 2.4 通用器件 .................................................... 13

2.4.1 Generic Contact Sensors ................................ 13 2.4.2 Sick Laser Range Finder ................................ 14 2.4.3 Generic Differential Driver ............................ 14

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2.5 输入类器件 ................................................... 15

2.5.1 Desktop Joystick组件 ................................... 15 2.5.2 Direction Dialog组件 ................................... 15 2.5.3 Game Controller组件 .................................... 16 2.5.4 Webcam组件 ............................................. 16 2.6 定义类组件 ................................................... 16 2.7 本章小结 ..................................................... 17 第三章 机器人运动规划 ............................................... 19

3.1 避障规划(避障行为) ........................................... 19

3.1.1 基于接触传感器的避障实现 ............................... 19 3.1.2 测距传感器的避障实现 ................................... 21 3.2 运动规划中会出现的问题 ....................................... 22

3.2.1 抖动问题 ............................................... 22 3.2.2 峡谷效应问题 ........................................... 24 3.3 本章小结 ..................................................... 25 第四章 基于Microsoft Robotic Studio的机器人避障的实现 .............. 27

4.1 采用模型的选择 ............................................... 27 4.2 基于激光测距传感器的避障程序实现 ............................. 30 4.3 基于接触传感器的避障程序实现 ................................. 35 4.4 本章小结 ..................................................... 38 第五章 虚拟环境的实现与测试 ......................................... 39

5.1虚拟环境简介 ................................................. 39 5.2 虚拟环境的组成 ............................................... 40 5.3 试验环境的设定 ............................................... 41 5.4 机器人避障在虚拟环境中的实测 ................................. 44 第六章 总结与展望 ................................................... 47

6.1 本文总结 ..................................................... 47 6.2 下一步的试验方向 ............................................. 48 致谢 ................................................................ 49 参考资料 ............................................................ 50

第一章 绪论 1

第一章 绪论

当今，随着低成本开发平台变得日益唾手可得，人们将机器人用于教育与最终应用的机会也在不断增加。在这个过程中，开发环境也随着机器人的发展而发展。开发环境如今正在不断提升自己的应用性和兼容性，一个好的开发平台将能完成机器人开发的大部分工作，包括程序设计、虚拟测试、驱动设定等。在2006年，Microsoft?公司发布了新一代的机器人开发平台Microsoft Robotics Studio，并广泛的与机器人厂商合作，如LEGO?公司，iRobot?公司等，使该平台兼容更多机器人平台。该平台还使用了虚拟环境进行机器人的调试，使开发成本大大降低。其中提供的Visual Programming Language编程环境使机器人开发的进入门坎降低，使更多的学生、开发人员、爱好者能够投入到机器人开发中，在微软大旗的号召下，这个平台发展迅速，越来越多的厂商与其合作，在2008年初，微软公司正式发布了新的开发平台Microsoft Robotics Developer Studio 2008。

1.1 机器人开发平台现状

“机器人软件开发平台”指的是用来给多种机器人设备开发程序的软件包。它一般包括下列内容：

·统一的编程环境 ·统一的编译执行环境 ·可重用的组建库 ·完备的调试/仿真环境

·对多种机器人硬件设备的“驱动”程序支持通用的常用功能控制组件，例如计算机视觉技术、导航技术和机械手臂控制等[1]。 机器人控制软件的花费在整个机器人应用系统预算中占据了很大比例。比如，一个自动控制项目的80%工作量都集中在系统集成方面，包括软件的发开和定制。所以机器人开发平台的作用就是减少软件工程师的工作量，同时减少项目开支。

基于Microsoft Robotics Studio的机器人设计 2

除了软件工程的问题外，在一个真正的机器人项目中还要涉及大量的人工智能。一个集成了许多现成的、可靠的组件库的统一软件开发平台，在应付各种机器人工程时能帮上大忙。

最后的问题是“行为协作”。许多文献中都有对行为协作的讨论。正因为这是一个普遍存在的问题，所以一些平台提供了统一的解决方案。

目前，主流的机器人软件开发平台有10种，见下表：

表1.1 各软件开发环境

平台名称 Evolution Robotics ERSP Microsoft Robotics Studio OROCOS Skilligent URBI Webots Player,Stage,Gazebo iRobot AWARE OpenJAUS CLARAty 平台 平台 控件库 机器学习插件 平台 仿真环境 平台 平台 平台 平台

所属类型 商用 非商业用途免费 开源且免费 商用 商用 商用 开源且免费 商用 开源 开源