基于用户意图识别的遥操作网络机器人

论文摘要

近年来,随着Internet和机器人技术的迅速发展,Internet网络机器人已经成为具有广泛学术和应用价值的研究热点。然而,由于作为信息传递载体的Internet网络具有不确定时延和传输数据乱序、丢包等特性,Internet网络机器人系统中数据传输的实时性和稳定性受到很大影响,系统的控制性能和交互特性也因此受到了制约。本文在以往的网络机器人系统成果的基础上,研究了遥操作网络移动机器人系统中用户意图的建模和识别,提出了基于用户意图识别的遥操作控制方法,达到了增强机器人的自主智能、克服网络不确定性对系统性能的损害的目的。本文的研究工作包括以下几个方面:（1）基于Web的遥操作实验平台构建构建和实现了基于Web的遥操作实验平台,以满足用户对遥操作系统易用性、多媒体特性、平台独立性等特性的需求。实验平台具有以下功能:实现网络移动机器人遥操作的各种典型任务和行为、测试算法、统计数据,并且具有面向Internet用户的通讯能力。（2）用户意图的两层模型提出了一种两层结构的用户意图分层模型。模型包括两个层次:行为层意图和任务层意图,分别对应于用户对机器人直接、明确的行为的期望和对机器人抽象、复杂的任务的期望。用该模型来描述用户意图,为后面的识别工作奠定了基础。（3）行为层用户意图的建模与识别根据用户意图的分层模型,对行为层用户意图进行分析和建模,利用轨迹分布模式和贝叶斯滤波两种方法对遥操作过程中的行为层意图进行识别,识别的内容成为机器人决策的重要信息,据此,机器人能自主执行用户的行为层意图,补偿网络通信中的不确定时延对网络机器人系统的不良影响。实验结果证实了这种方法的有效性。（4）任务层用户意图的建模与识别在前面工作的基础上讨论了任务层用户意图的建模、识别和在网络移动机器人遥操作中的应用;对于限定在建筑物内部工作的遥操作网络机器人,提出了使用有向连通图进行任务意图建模的方法和基于行为层+任务层意图识别的控制方法;通过将复杂轨迹分解成若干个简单轨迹的复合,在机器人工作过程中依序辨识机器人的移动轨迹,最终找到代表用户的真实期望;通过在Player/Stage仿真环境中对加入任务层意图识别的遥操作网络移动机器人系统进行的公寓内巡游仿真实验,验证了方法对系统的改善效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 网络机器人的发展历程
• 1.3 网络机器人的研究现状
• 1.3.1 网络机器人的应用前景
• 1.3.2 网络机器人研究的主要问题和难点
• 1.4 经典的网络机器人控制方法
• 1.4.1 预测控制
• 1.4.2 基于事件的网络控制
• 1.4.3 远程规划与监督控制
• 1.4.4 网络机器人的分布式架构
• 1.5 本文工作
• 1.5.1 研究出发点
• 1.5.2 内容安排
• 第二章 网络机器人实验平台和系统实现
• 2.1 引言
• 2.2 基于WEB 的网络机器人遥操作实验平台
• 2.2.1 基于WEB 的网络计算系统与服务架构
• 2.2.2 基于WEB 的网络机器人B/S 远程控制平台
• 2.3 遥操作平台的技术与实现
• 2.3.1 平台的硬件配置
• 2.3.2 平台使用的技术
• 2.3.3 平台实现
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于行为层用户意图识别的网络机器人遥操作
• 3.1 引言
• 3.2 遥操作中的行为层用户意图建模
• 3.2.1 用户意图分层模型
• 3.2.2 基于网格化的意图表示
• 3.3 行为层用户意图识别
• 3.3.1 基于轨迹分布模式的行为层用户意图识别
• 3.3.2 基于贝叶斯滤波的行为层用户意图识别
• 3.4 实验
• 3.4.1 实验系统
• 3.4.2 实验任务
• 3.4.3 结果讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于任务层用户意图识别的网络机器人遥操作
• 4.1 引言
• 4.2 遥操作中的任务层用户意图建模与识别
• 4.2.1 限定环境中的任务层用户意图建模
• 4.2.2 基于有向连通图的任务层用户意图识别
• 4.2.3 遥操作中的轨迹辨识
• 4.3 Player/Stage 通用移动机器人控制与仿真平台
• 4.3.1 安装Player/Stage
• 4.3.2 使用Player/Stage 仿真平台
• 4.4 仿真验证
• 4.4.1 仿真环境设置
• 4.4.2 结果讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 未来展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 致谢
• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书