基于UPnP中間件的服務機器人智能空間軟件平臺設計與實現(xiàn).pdf

1、服務機器人與智能空間技術(shù)相結(jié)合，不僅擴展了服務機器人感知環(huán)境信息和決策的能力，也增強了智能空間的服務執(zhí)行功能。隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，服務機器人智能空間的應用研究受到廣泛關(guān)注。服務機器人智能空間是一個異構(gòu)、動態(tài)、復雜的計算環(huán)境，將中間件技術(shù)引入服務機器人智能空間領(lǐng)域可以屏蔽底層復雜性，提高系統(tǒng)的可擴展性。
　　本文課題來源于國家自然科學基金資助課題“服務機器人智能空間中人的行為理解”和山東大學自主創(chuàng)新基金課題（交叉學科培育項目）“服

2、務機器人實用化若干關(guān)鍵技術(shù)研究”。課題以智能空間為背景，針對家庭環(huán)境的特點及功能需求，將傳感器等智能節(jié)點分布在空間環(huán)境中，并基于無線傳感網(wǎng)絡獲取家庭環(huán)境信息。此研究方法具有以下兩方面優(yōu)勢:一方面，能夠減輕服務機器人的負擔，使其輕裝上陣;另一方面，服務機器人能夠利用智能空間環(huán)境提供的功能和服務，高效、穩(wěn)定地開展工作。
　　本文提出并設計了服務機器人智能空間軟件平臺，以此作為智能空間的基礎性框架。該平臺的作用包括:基于UPnP中間件自

3、動發(fā)現(xiàn)和動態(tài)配置的特點，使各類智能設備能夠動態(tài)地加入或離開智能空間，實現(xiàn)零配置無縫集成;提供靈活的消息處理機制，保證系統(tǒng)的松散耦合性;綜合分析從智能空間全局獲得的信息，對任務進行合理化調(diào)度，保證系統(tǒng)的高效運行。論文圍繞著服務機器人智能空間軟件平臺的設計和實現(xiàn)，開展了以下工作:
　　(1)首先對家庭環(huán)境下服務機器人智能空間的特點和功能需求進行了分析，結(jié)合基于Web服務的面向服務架構(gòu)SOA和多智能體模型，確定了軟件平臺的應用構(gòu)造模式，

4、并總結(jié)了設計原則。通過對多種機器人中間件技術(shù)進行調(diào)研和實驗，確定了基于UPnP中間件搭建服務機器人智能空間軟件平臺的設計方案，將軟件平臺的總體框架分為設備抽象層、消息調(diào)度層和資源管理層三個模塊，按照各模塊的功能需求，設計了模塊之間交互的接口。
　　(2)根據(jù)UPnP協(xié)議標準，對各智能設備進行抽象，以服務為基本單位，通過服務組合的方式實現(xiàn)各種功能。采用PupnpSDK作為UPnP協(xié)議的基礎開發(fā)庫，實現(xiàn)原有智能設備的UPnP化改造。以

5、D-LinkDIR-615C2路由器作為硬件平臺，OpenWrt嵌入式Linux系統(tǒng)作為軟件平臺實現(xiàn)UPnP轉(zhuǎn)換裝置，將功能相對簡單的傳感器和部分智能設備統(tǒng)一改造集中管理。服務機器人則在原來的Windows系統(tǒng)下，按照UPnP協(xié)議添加一層接口完成UPnP化改造。
　　(3)依據(jù)UPnP協(xié)議的框架，以異步消息為基礎，提供靈活的消息處理機制，將消息分為普通消息、事件消息和數(shù)據(jù)流消息三類?；赨PnP中間件，實現(xiàn)了消息的訂閱/發(fā)布機制，

6、保證智能設備間的松散耦合性，提高了系統(tǒng)的可用性和魯棒性。
　　(4)資源管理層具體表現(xiàn)形式為一個中心管理節(jié)點，包括設備管理和任務管理兩個功能子模塊。設備管理模塊根據(jù)智能設備動態(tài)加入或離開智能空間時發(fā)出的消息，將智能空間中設備的變化情況及時地在中心管理節(jié)點處更新;任務管理模塊驅(qū)動三個任務隊列，并維護一個入隊規(guī)則，根據(jù)任務的優(yōu)先級、執(zhí)行設備、起始/終止位置等關(guān)鍵字決定任務的執(zhí)行順序，從全局角度實現(xiàn)任務優(yōu)化調(diào)度。
　　實驗分析表明