[發明專利]基于分布式決策算法的云服務機器人

在審

• 申請號: 201610958697.2
• 申請日: 2016-11-03
• 公開（公告）號: CN106597881A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 龔昕
• 申請（專利權）人: 深圳量旌科技有限公司
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04
• 代理公司: 深圳市中聯專利代理有限公司44274
• 代理人: 李俊

1.基于分布式決策算法的云服務機器人，其特征在于，它包含機器人本體，機器人本體通過WebService接口連接Android人機交互終端，Android人機交互終端包含語音交互、觸控交互、安全管理模塊、機器人示教盒模塊、機器人任務級規劃模塊、環境信息管理模塊、全局視頻監控模塊、3D虛擬可視化平臺，語音交互與語音云相互連接，安全管理模塊與3D虛擬可視化平臺連接，機器人示教盒模塊、機器人任務級規劃模塊、環境信息管理模塊、全局視頻監控模塊均與WebService接口連接。

2.根據權利要求1所述的基于分布式決策算法的云服務機器人，其特征在于，所述的機器人本體包含與WebService接口相互連接的機器人底盤移動服務、手臂關節控制服務、云臺控制服務、Kinect圖像獲取服務、位姿信息獲取服務、傳感數據獲取服務、圖像獲取服務、攝像頭PTZ服務。

3.根據權利要求1所述的基于分布式決策算法的云服務機器人，其特征在于，它的系統云架構包含應用資源層、信息中心層、執行與感知層，應用資源層中，WebService接口連接智能移動終端和瀏覽器終端，將機器人設備作為云服務供給用戶，云端社區、云服務連接WebService接口，利用大云端資源為機器人服務；信息中心層中，計算節點管理連接資源管理與調度，資源管理與調度連接存儲資源管理，資源管理與調度分別連接WebService接口和網關；執行與感知層中，機器人本體中的機器人上位機通過視覺傳感模塊、激光探測器、聲吶、二維碼讀取器采集數據，并傳送給機器人下位機，控制機器人的移動平臺、頸部云臺、左右臂做出相應動作，機器人本體與網關相互連接，非機載傳感節點和全局視頻監控分別通過傳感數據獲取服務和攝像頭PTZ服務連接網關。

4.基于分布式決策算法的云服務機器人，其特征在于，它的云網絡化控制計算方法為：

離散動態系統模型S:

x(k+1)＝f(x(k),u(k),w(k))(1)

y(k)＝g(x(k),u(k),v(k))(2)

其中，x(k)是系統狀態，u(k)是系統輸入，y(k)是系統輸出,x(k),u(k)和y(k)對應相應的有限維數；f(x(k),u(k),w(k))和g(x(k),u(k),v(k))分別表示被控對象的動力學模型和輸出模型，w(k)是未知的過程干擾，v(k)是未知的測量噪聲，證明網絡化預測方法對具有網絡誘導時延和數據丟包的云網絡化控制是非常有效的，可以獲得控制器節點的狀態估計和狀態預測:

^x(k|k)＝KF(S,^u(k-1|k-1),y(k))(3)

^x(k+i|k)＝KF(S,^u(k|k),y(k)),i＝1,2,···,N1(4)

i＝1,2,···,N1(5)

其中，N1表示有限時域，KF表示卡爾曼濾波表達式的緊湊形式，K(k+i)是時變的卡爾曼濾波器增益，考慮到未知的網絡傳輸延時不可避免地存在于前向信道，從控制器到執行器，CAC和反饋信道，從傳感器到控制器,SCC，為此，前者用來產生一組未來時刻的控制預測值，后者用來補償未知的隨機網絡延遲；假設該網絡可以在同一時間傳送一組數據，在k時刻將預測控制序列打包并通過網絡發送到執行器端；然后，補償器會從執行器端收到的控制序列中選擇最新的控制值；

當SCC和CAC中的時間延遲分別為0和ki時，執行器端接收到的預測控制序列如下：

[uT t-k1|t-k1,uT t-k1+1|t-k1,···,uT t|t-k1,···,uT t+N-k1|t-k1]T

[uT t-k2|t-k2,uT t-k2+1|t-k2,···,uT t|t-k2,···,uT t+N-k2|t-k2]T

...

[uT t-kt|t-kt,uT t-kt+1|t-kt,···,uT t|t-kt,···,uT t+N-kt|t-kt]T(6)

其中，在t時刻選擇控制序列ut|t-ki，i＝1,2,···,t,作為對象的控制輸入，而網絡延遲補償器的輸出，即執行器的輸入為：

ut＝ut|t-min{k1,k2,···,kt}(7)

控制信號的傳輸過程也可以描述如下,控制器將數據包發送到執行器端:

{u(k+i|k)|i＝0,1,···,N1}(8)

在k時刻，執行器選擇一個合適的控制信號作為被控動態系統的實際輸入:

u(k)＝u(k|k-i)(9)

其中，i＝argmini{u(k|k-i)}是可獲取的。

5.基于分布式決策算法的云服務機器人，其特征在于，它的控制任務將由至少兩個云控制器以合作形式來完成，一般來說，CT不僅是一個控制器，也是一個任務管理服務器，而C1～C8是具有相同時間步長的云控制器，在任務的初始階段，CT節點必須根據任務的規模從列出的備選云控制器中選擇多個合適的云控制器，然后利用分布式算法，CT根據當前的計算資源，對總體任務進行分割，并將不同的部分分配給相應的云控制器，同時，節點CT還將發送當前云控制節點列表的副本到對象節點P；對象P發送其當前時刻以及之前的測量值到云控制節點，在此之后的每一步，所有云控制器將發送反饋到CT，在同一時間，CT將根據當前任務分配算法計算出最終的控制信號，并把它發送到執行器；在每個采樣時刻，活動的云控制器和備選云控制器也需要發送它們的狀態到服務器CT，其中包括當前的計算資源；然后，CT會列出新的備選名單；為了保持云控制系統良好運行，CT將在下一個采樣時刻根據云節點的最新狀態重新分配任務。