视点
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自主机器人软件技术
关键词 :自主机器人 多主体系统 机器人操作系统
毛新军
国防科学技术大学
引言
随着机器人研究和实践的不断深入,以及人们
在诸多领域对机器人应用提出的迫切需求,机器人
正从传统的工业制造领域扩展到诸如家庭、医疗 /
健康服务、国防安全、太空探索等其他领域。出现
这种变化的主要原因是机器人在诸多领域展示出其
独特的优势,比如它能够克服人类自身生理的局限
性在深海、外太空、极地等环境下开展工作,还可
以更加精准、高效和持续的工作等。
比 尔· 盖 茨 曾 在《 科 学 美 国 人 》(
Scientific
American
) 上撰文预言 :“机器人即将重复个人电脑
崛起的道路,走进千家万户。当前机器人产业面临
的问题与 20 世纪 70 年代计算机产业如出一辙”
[1]
。
该杂志还预言“我们即将进入机器人的世纪”。《科学》
(
Science
) 杂志于 2014 年第 10 期出版了机器人专辑,
专门介绍机器人研究的最新成果和面临的问题。无
疑,机器人已经成为当前社会各界关注的焦点。
在学术界,大量应用需求和科学问题推动着机
器人相关的诸多研究和实践,其研究范围涉及材料
学、力学、机械学、仿生学、人工智能、控制科学、
计算机科学等领域,代表了当前科技与学科发展的
前沿。近年来出现了一组与机器人相关的重要学术
会议和期刊,如 ICRA(IEEE International Conference
on Robotics and Automation,IEEE 机器人与自动化
国际会议 )、IROS(IEEE/RSJ International Conference
on Intelligent Robots and Systems,IEEE/RSJ 智能机
器人系统国际会议 ) 等。
在工业界,出现了多家致力于机器人研发的专
业公司,如专门从事机器人仿人设施生产的 Shadow
公司、专门制造机器人的 Boston Dynamics 公司以
及国内的新松机器人自动化股份有限公司等。
机器人将成为衡量一个国家科研水平和科技创
新能力的重要标志,美国于 2013 年 3 月提出了美
国机器人发展路线图,欧盟启动了 Robotics PPP 和
Horizon 2020 研究计划,日本于 2014 年 7 月发布首
部《机器人白皮书》,韩国于 2014 年 7 月发布智能
机器人基本计划 (2014~2018),我国也正在启动并实
施相关的产业和基础研究计划。
自主机器人
自主机器人 (Autonomous Robot, AR) 指的是通
常运行在开放的环境下,需要与环境进行持续交互,
并根据被赋予的任务和目标,在无须人类指导的情
况下来自主地实施行为的一类机器人。
我们以一个应用于家庭并为家庭成员提供服务
的自主机器人及其若干应用场景为例进行介绍。该
机器人运行在家庭环境中,为家庭成员提供一系列
服务,包括打扫卫生、制作咖啡、倒水倒酒、开关门、
接送来访客人、检查家庭安全状况、开启和关闭家
庭电子设备等等。显然,家庭环境具有动态、开放、
不确定、不可预知、难以控制等特点。例如,房间
中的家具(如凳子、椅子)摆放会发生变化,会购
买新的家具,也会不断出现新的到访客人,这些情
况都是不可预知的。为此,自主机器人需要装备多