49、利用具身代理的机器人系统设计方法

利用具身代理的机器人系统设计方法

1 引言

机器人类型多样，执行的任务繁多。除了一些基础设备外，每个机器人都由计算机控制，运行特定的控制软件。随着机器人应用数量呈指数级增长，设计其控制软件的问题变得至关重要。软件工程注重软件复用，已开发的模块复用成本低且经过充分测试，比重新编写更可靠。但这主要适用于系统创建的实现阶段，在规范阶段是否存在可复用的软件模式，以及机器人系统软件和设计方法是否符合通用模式，是值得探讨的问题。

软件创建有三个重要方面：理解软件设计的领域、规划系统架构和选择实现系统的编程语言。其中，领域知识和架构知识尤为重要，这都指向了详细阐述系统特定领域结构模型的必要性，甚至应创建一个元模型来指导任何机器人系统的设计。该元模型应基于机器人学概念并运用软件工程原则。由于机器人系统本质复杂，可采用 Dijkstra 的关注点分离原则进行分解。对问题进行形式化处理有益，可依靠领域内的概念，但要挑选易于转化为实现的概念。本文基于具身代理的概念展开讨论，该概念在机器人学和计算机科学中已得到广泛应用。

2 历史视角

2.1 工业机器人编程方法

20 世纪 60 年代初，第一批工业机器人出现，当时没有微处理器，工业机器人通过机电手段（如二极管矩阵和限位开关）进行编程。微处理器出现后，控制设备能力迅速提升，引入了示教编程。在线编程发展出两种方法：点到点（PTP）和连续路径（CP）。
- 点到点（PTP） ：操作员将机械臂引导到所需路径上的连续点，通过示教器上的按钮记录这些点，存储后可通过插值重放。
- 连续路径（CP） ：操作员引导机械手时，内部