5、机器人操作系统与Ptolemy集成：实时多机器人环境设计

机器人操作系统与Ptolemy集成：实时多机器人环境设计

1. 引言

机器人技术是一个多学科领域，需要机械、电子、人工智能和嵌入式系统等不同研究领域的专业知识和技术进行合作。每个领域都带来了成熟的方法和技术，这些必须完美协同工作。然而，集成不同的设计工具、模拟器和物理设备并非易事。不同的努力，主要由工业和学术伙伴组成的大型社区，已成功开发出标准和工具来填补这一空白。

当嵌入式系统设计应用于机器人技术时，通常会涉及具有不同计算模型（MoC）的组件。因此，需要具有更高抽象能力的工具来对所有这些MoC进行建模、模拟和测试，例如有限状态机（FSM）、同步数据流（SDF）、离散事件（DE）和连续时间（CT）。Ptolemy II框架就是一个旨在支持结合不同MoC的系统设计的模拟和建模工具。

2007年，一群科学家、行业人士和工程师创建了一个名为机器人操作系统（ROS）的开源机器人框架。它是一个灵活的机器人设计框架，提供了一系列工具、库和约定，旨在简化在各种机器人平台上创建复杂而强大的机器人行为的任务。此外，机器人的高性能、可用性和可靠性使其成为日益复杂的计算系统。处理这种复杂性需要最有效的设计方法，例如使用硬件在环（HIL）模拟，即将真实设备添加到模拟循环中。这可以提高测试质量、减少设计时间并提前进行沉浸在环境中的可用性测试。但将特定的架构设计和协议与设计工具相结合始终是一项艰巨的任务。

为了实现不同设计标准和工具的协同模拟，以形成一个用于设计多机器人场景的独特模拟平台，开发了一个结合Ptolemy（用于嵌入式系统设计）、ROS（用于机器人设计和真实机器人）和HLA（用于异构模拟器的同步和耦合）的模拟平台。作为概念验证，将一个名为Stage的2D机器人模拟器集成到了Pt