云服务机器人的设计与研究

随着机器人技术的不断发展以及人工智能技术的普及,服务机器人越来越多的参与到人类的各项活动中。本文基于云机器人概念,设计了一个云服务机器人系统,将机器人技术与云服务技术相结合,卸载了机器人的计算任务交给云端来处理。通过云服务的强大计算能力提高机器人的智能水平和反应灵敏度。     

一种基于ROS的机器人云平台架构设计

机器人云服务平台是机器人技术与互联网技术相融合而产生,为用户提供基于网络的机器人接入、监控、管理、数据分析、控制优化等专业化服务的一种软件服务平台。提出一种基于ROS的机器人云服务平台架构,根据功能层次分为基础层、平台层和服务层三个层次。基础层是提供基础设施资源的物理硬件层次,包括云平台底层的硬件服务器和网络设备等;平台层是用于促进用户应用开发、部署的中间件云服务,为机器人软件程序提供开发、测试和运行环境的层次;服务层是将资源抽象和虚拟化封装成服务统一部署在云平台上,以提供软件的方式为用户服务。基于ROS的机器人云服务平台架构结合了现有的机器人云平台架构,在其基础上进行了优化,借鉴OpenStack的松散耦合架构完成基础层的设计,根据微服务体系结构将应用软件拆分成一系列小型的微服务来实现平台云服务的封装。     

云制造加工设备服务化封装与云端化接入方法

针对云制造模式下对制造资源的服务化封装和云端化接入的新需求,结合物联技术,提出一种云制造设备的服务化封装与云端化接入方法,设计了设备端传感器群优化配置、制造能力描述模型、实时制造服务状态信息主动感知、云制造设备的协作生产与自主决策、设备端制造服务封装、制造服务云端化接入等关键技术的实现框架,使加工设备的制造能力可被主动感知,制造服务过程信息透明和实时可访问,并能通过一种松散耦合和即插即用的方式接入云制造平台,为云制造中海量制造资源的云端化接入、主动发现、优化配置,以及生产任务的高效、高质生产提供了一种新思路。     

云制造环境下基于离散Markov跳变系统的机床装备资源动态优选方法

针对云制造环境下加工任务执行过程中机床装备资源易受紧急插单、加工质量异常、设备运行故障等高频随机扰动影响,致使产品加工服务质量(QoS)不能满足客户个性化需求的问题,提出一种基于离散Markov跳变系统的机床装备资源动态优化选择方法.首先,结合云制造服务运行特点,构建了云制造环境下面向加工任务执行过程的服务质量动态演化...     

基于ROS的临场可重构排爆机器人系统架构研究

在面对危险爆炸环境时,排爆机器人的临场任务具有多样性,根据不同的临场任务,机器人会在自身本体硬件的基础上,在现场对模块化组件进行快速组装,即机器人硬件方面的临场可重构。利用机器人操作系统(ROS),针对不同的硬件模块组合,进行软件重构是临场可重构机器人的软件特性。提出了一种基于ROS的临场可重构排爆机器人软硬件架构模式,在面对复杂环境时,操作人员能够根据现场不同的任务要求,对模块化设计的排爆机器人进行组装,形成硬件重构;而系统软件根据硬件模块的组装情况进行软件自重构,从而使排爆机器人具备完成不同任务的能力。排爆机器人的这种软硬件架构设计模式使得机器人在实际工作中表现出高效性、鲁棒性和自适应性。     

基于区块链边缘计算的云端数据验证方法

提出了一个3层的物联网边缘计算的区块链云架构以及基于区块链技术的分布式云服务模型，构建了低成本、安全、按需访问的IoT智能计算基础框架。边缘计算节点使用SDN控制器，将计算资源边缘化，降低网络中的数据流量，并在物联网设备之间实现最小的端到端延迟和最优的计算资源利用。同时，提出了此架构下的云端数据保护机制，使用移动代理技术将分布式虚拟机代理模型部署在云中，让多租户相互协作以确保数据的完整性验证。虚拟机代理模型与默克尔哈希树生成文件相对应的唯一哈希值，通过区块链上的智能合约来实时监视数据变化，遇异常时向用户发出数据篡改警告消息，并用“质询-响应”模式构建云数据完整性验证方案。最后，在某电网公司的数字化基建(BIM)环境下部署了所提的区块链分布式云架构，通过实验分析了延迟、客户端响应时间和文件操作性能。实验结果表明，与集中云架构比较起来，所提方法具有更快的响应时间、更高的吞吐量和更小的文件操作开销。     

制造网格动态访问控制策略的研究与应用

为了确保制造网格中共享服务的安全,加强制造网格动态环境下的访问控制,提出一种根据任务状态及制造网格节点间任务关系动态调整用户的可执行服务的动态访问控制机制。该授权机制基于TBAC模型的基本思想,考虑任务这一上下文环境对访问控制的约束,针对制造网格节点任务特性,定义动态授权中的节点任务之间的关系,确定了任务中需要使用的服务的可执行实体授权规则。实例分析证明了该授权机制应用于制造网格系统可有效加强制造网格共享服务的访问控制。     

基于STM32控制电路及Atlas 200加速模块的森林防火机器人集成应用

通过STM32控制电路及Atlas 200加速模块，实现森林防火机器人边缘端自主火情监测、报警功能；同时具备与云平台通信能力，实现视频流上传、云平台二次验证、云平台远端监测、控制等。STM32控制电路作为森林防火机器人运动控制模块，控制机器人实现定点巡航、火源定位、环境信号采集、报警等功能。Atlas 200加速模块对森林防火机器人做智能化提升，负责接收云平台控制信号，并在边缘端部署烟火识别算法，进行火情侦测。边云结合形式使森林防火机器人更加智能化、数字化，及时发现火情并有效降低误报率，减少森林火灾危害。     

基于RT-Thread和ESP-NOW的无线传感器网络系统设计北大核心CSCD

为提高无线传感器网络汇聚节点的稳定性,缓解云平台数据处理压力,引入ESP-NOW无线通信协议,设计一种基于RT-Thread的无线传感器网络。该系统由传感器感知节点、汇聚节点和物联网云平台组成,实现了对传感器数据采集、处理、显示、存储、上传等,避免了数据在云端处理导致阻塞的问题发生。结果表明:引入ESP-NOW协议使系统在数据传输过程中具备更高的稳定性,基于RT-Thread系统相对于裸机运行,数据协调能力及响应时间明显提升。系统具有稳定可靠、组网简单、实时性强等优点。     

多机器人动态避碰及抬箱编队仿真研究

觅食、推箱以及编队是多机器人系统研究中的经典任务形式,提出的新的多机器人任务:抬箱任务是由觅食、推箱以及编队等任务拓展而来,适用领域非常广阔。设计了多机器人在动态环境中的各种反应行为,实现了多机器人之间的动态避碰;提出了围绕固定物体边缘形成抬箱队形的算法,该算法的设计具有可扩展性,详细考察了机器人之间发生碰撞的情形,并根据人类避碰的一般策略完全实现了机器人之间的动态避碰。仿真结果证实了算法的可行性。     

制造云服务组合的自适应异常处理框架

针对云制造环境下服务组合的自适应异常处理问题,从环境感知的角度对导致制造云服务组合QoS变化的异常情况进行了分析,并提出了相应的自适应调整机制,在此基础上构建了一种制造云服务组合的自适应异常处理框架。该框架能够自动地产生与需求相匹配的异常恢复策略,并将用户的不同异常恢复请求与制造云服务组合相结合。最后,提出了一个云服务组合实例来证明该框架的可行性。     

一种新的基于直觉模糊集的制造云服务优选方法

为了在制造云服务候选集中优选出服务质量最佳的制造云服务,提出了制造云服务优选问题,并设计了求解方法。将制造服务质量特征分为可量化和不可量化两种类型,分别用综合加权法来分析可量化服务质量特征,用直觉模糊集运算法分析不可量化的服务质量特征。提出了“制造服务有效期”的概念,更加贴切地表现制造服务性能动态变化的特点。在充分考虑用户需求的同时,针对不同用户的个性化选择,提出了一种交互式的服务质量特征权重分析方法。     

Web service dynamic composition based on decomposition of global QoS constraints

Virtual enterprise is a temporary network of independent companies or enterprises that can quickly bring together to fulfill a value-added task. With the development of Web service technologies, the enterprise business systems can be encapsulated as Web services. Establishing a virtual enterprise is actually a process of Web service composition. As more and more Web services with the same functionalities and different Quality of Service (QoS) are available, QoS-aware Web service dynamic composition becomes an active research issue. Although several solutions have been provided for this issue, most of these methods based on global optimization, their poor performance render them inappropriate for applications with dynamic and real-time requirements. Moreover, these methods do not consider the commercial agreements and historical contact information between Web services with combination relationship. In this paper, we propose an approach for Web service dynamic composition based on global QoS constraints decomposition. The proposed method consists of three steps: Firstly, global QoS constraints are decomposed into local constraints optimally by a new algorithm named Culture Genetic Algorithm. Secondly, QoS values determination rules are designed to determine QoS values of candidate services. Thirdly, best Web services that can satisfy the local constraints are selected for each task during the running time. Experimental results show that our approach has better performance in solving the problem of QoS-aware Web service dynamic composition.     

Robot Positioning and Navigation Based on Hybrid Wireless Sensor Network

Traditional sensor network and robot navigation are based an the map of detecting the fields available in advance.The optimal algorithms are developed to solve the energy saving,the shortest path problems,etc.However,in the practical encironment,there are many fields,whose map is difficult to get,and needs to be detected.In this paper a kind of ad-hoc navigation algorithm is explored,which is based on the hybrid sensor network without the prior map in advance.The navigation system is composed of static nodes and dynamic nodes.The static nodes monitor the occurrances of the events and broadcast them.In the system,a kind of algorithm is to locate the robot,which is based on cluster broadcasting.The dynamic nodes detect the adversary or dangerous fields and broadcast warning messages.The robot gets the message and follows ad-hoc routine to arrive where the events occur.In the whole process,energy saving has been taken into account.The algorithms,which are based on the hybrid sensor network,are given in this paper.The simulation and practical results are also available.     

支持服务质量全局最优和动态重计划的Web服务组合

为了动态地把现存的各种Web服务整合起来,形成新的、满足不同用户需求的、增值的复杂服??提出了一种支持服务质量全局最优和动态重计划的Web服务组合算法.该算法使用位置矩阵编码方式表示所有组合路径和重计划信息.通过计算个体间服务质量的海明距离,提高了服务组合的质量;通过指定用户总时间限制和实施优良解保留策略,解决了算法运行时间对服务质量的影响问题.与同类成果相比,该算法提供了一种在动态环境下更完整和有效的服务组合的服务质量解决方案.实验结果证明了算法的可行性和有效性.     

面向服务质量的交互式Web服务选择

在大量相似服务共存竞争环境下，为了实现面向服务质量的Web服务选择，分析了Web服务质量综合、模糊、动态和可配置特征，指出了当前服务描述和查找标准在服务质量信息描述和应用方面的不足。提出了Web服务的服务质量语义描述模型；设计了基于综合模糊评价系统的柔性可配置Web服务的服务质量需求语义描述模型；提出了改进的服务描述、查找和集成过程，利用基于合同网的交互协议规范的服务提供方、中介服务和服务用户3方协作，实现了面向服务质量的交互式Web服务选择。     

制造网格中基于服务的工作流研究

为了实现制造网格平台中业务流程的构建、执行和管理监控，分析了制造网格环境下工作流的特点，在传统的工作流框架上进行扩充，提出了制造网格工作流框架和基于服务的抽象工作流模型。根据工作流查找和绑定服务的时机，将工作流分为服务模型建立、服务发现、服务绑定和服务调用4个阶段。根据工作流抽象模型中活动说明的服务质量需求和服务描述中的服务质量（QoS）属性，选用不同的服务发现策略，使同一个活动的不同实例能够绑定不同的服务，提高了制造网格工作流的柔性和自适应性。结合一个实例予以了验证。     

基于可变粒度的服务工作流系统服务质量可控性研究

通过分析业务频率对服务质量（quality of service,QoS）的影响,以及服务粒度和系统性能之间的关系,提出一种服务质量可控的、多粒度的服务动态组合方法,并给出了相应的算法。该方法在候选服务集少的情况下,根据业务的发生频率,可对系统结构做自适应的调整,进而把系统的整体服务质量控制在一个最优的水平。仿真实验结果表明该方法完全可以持续改善服务工作流系统的运行效率。     

基于三目视觉系统的服务机器人自动充电系统的设计研究

针对移动机器人自动充电问题,介绍了一种新型基于三目视觉系统的自动充电系统,并详细阐述了其机械结构与控制系统设计。通过多次实验,验证了所设计自动充电系统的合理性。