基于行为编程的移动机器人室内导航系统研究

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随着无人系统应用场景复杂度的提高,对移动机器人无人系统的软件设计和实现带来了困难。例如,应用场景功能复杂度的增加导致移动机器人软件系统的设计难度增加,后续新功能的开发导致新代码与现有代码之间出现交互问题。现有的移动机器人室内导航系统在后续功能的加入和维护以及程序执行方面不够灵活,易造成密集的回归测试问题。David Harel等人于2014正式提出行为编程方法理论,其编程范式理论具有行为自主和正负增量的优点,可以实现运行早期执行部分内容及合并相关应用。本文将行为编程引入移动机器人导航系统编程中,使用场景编码技术,根据反应系统的预期行为逐步构建反应系统。基于行为编程,本文将移动机器人导航系统划分为导航控制行为线程,全局路径规划行为线程和局部路径规划行为线程。其中,全局路径规划通过使用A*算法实现,局部路径规划则通过使用模糊逻辑实现。该导航系统通过事件方式降低功能行为间的耦合度,为后续新功能的加入及维护带来便捷性。本文通过仿真实验和EAI-D1移动机器人导航实验验证了行为编程在移动机器人导航系统中应用的有效性和可行性。本文的贡献点如下:1)提出基于行为编程的移动机器人导航系统,利用场景行为方式实现移动器机人导航系统,改变了传统基于面向过程或面向对象的机器人软件系统设计的现状。2)提出移动机器人室内导航系统是由导航控制行为线程、全局路径行为线程和局部路径行为线程组成。利用行为编程方式编码实现导航子系统间具有低耦合度,便于新功能的添加及维护。3)验证了基于行为编程的移动机器人导航系统的优势,为其他复杂无人系统使用行为编程提供编码理论依据,以解决系统耦合性问题及后期维护升级中出现的新旧代码交互问题。
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