学习代价，十分地方便高效。通过框架研究并且开发了具有三个行为层的自主漫游机器人以及具有六个行为层的安保巡逻机器人，在仿真器和实际场景中设置不同地图环境，进行机器人行为实验，通过实验结果分析，进一步验证了框架的易用性、可靠性和鲁棒性。
关键词：多主体理论;包容模型;机器人操作系统;应用开发框架;安保巡逻机器人
中图分类号：TP311
文獻标识码：A
移动机器人在移动中执行任务，既可以通过人工指挥，又可以运用人工智能技术，实现面向特定应用场景的自主性任务执行。移动机器人在现代社会中已经获得广泛应用，融人到了生产和生活的众多方面。移动机器人可以替代人类执行各种操作，尤其是危险作业，灾难救援机器人、农业机器人、安保机器人、消防机器人、核泄漏事故检测机器人等都是移动机器人的代表性应用[1-5]。但是长期以来，为移动机器人开发应用软件比较困难，主要是存在以下两个方面的问题：
（1）不同公司和科研院所开发的机器人功能模块互不兼容，机器人应用的软件重用性难以被保证，机器人开发者想要开发一个应用，往往要从底层的机器人驱动开始，耗费了极大的工作量;
（2）缺乏对于移动机器人应用开发的理论支撑，在机器人的行为模块被开发出来之后，如何协调机器人的这些行为模块，从而针对不同的应用场景完成不同的任务。
针对上述第一个机器人软件可重用性的问题，近些年，一些机器人软件平台被开发了出来。OROCOS[6]是一个开源的机器人控制软件平台，通过无锁编程（lock-free programming）技术，可以基于OROCOS开发实时性应用。MRDS（ MicrosoftRobotics Developer Studio）[7]是微软开发的机器人软件平台，采用微软的基于.NET技术的编程环境。OPRoS[8]是由韩国开发小组设计的一个基于组件的开源软件平台，它整合了IDE开发工具、测试工具等，具有易用性。OpenRTM-aistc9]是基于RT中间件开发的机器人软件平台，基于RTC （RT-compo-nents）思想，其控制结构是分布式的。上述平台提供了机器人软件模块化机制，但是基本没有活跃的用户群体，甚至有些平台没有开源社区，可重用的代码包很少，对于机器人软件的重用支持的差。机器人操作系统ROS（Robot Operating System）[10]是一个开源的机器人软件平台，具有活跃的软件社区，全世界数以千计的程序员为其贡献了丰富的可以被重用的开源代码包。ROS开发的初衷就是鼓励程序员的合作式开发和软件重用。所以，ROS可以用来解决移动机器人开发面临的第一个软件模块化和可重用的问题。
针对第二个机器人行为协调理论模型的问题，很多学者展开了这方面的研究。运动模式（ Motor-Schema）cll]方式为输入的各个行为赋予权值，输出的行为是所有输入行为的加权平均，但是这种模型采用中心仲裁方式，不具有鲁棒性。基于零空间的机器人行为协同方式[12]，可以利用行为之间在不同维度的映射关系，整合成机器人的整体行为，但是该种方法同样由于其对中心计算节点的依赖性，缺乏鲁棒性。在多主体理论当中，基于行为的反应式模型可以通过松散耦合的行为交互，构建智能主体，包容模型[13]是其典型代表，基于分层行为控制的思想，协同机器人行为，构建机器人智能，具有鲁棒性。
近年来，研究者针对上述问题开发了一些典型的机器人编程框架，SMACH[14]框架采取有限状态机的思想，解决移动机器人行为协同，但是这种方法的缺点就是鲁棒性低，任何一个状态节点失效，将导致整个系统无法工作。COROS[15]基于ROS开发了机器人编程框架，但是该方法只是封装了一些基本可重用模块组件，缺乏理论支撑，应用验证也相对简单。Buzz[16]从编程语言设计的角度为机器人开发提供了可行方案，把机器人一般的功能需求封装为原子语言操作，工作具有启发性，但是缺乏软件平台支撑，无法支持软件可重用性。GSDF框架[17]以Buzz中的机器人原子语言模型作为理论支撑，融合ROS实现了机器人应用开发框架，但是该方法关注底层通信与功能原语，无法提供多任务的系统级别的应用开发，其应用范围有限。
基于ROS的底层机制，融合包容模型，开发了一个移动机器人编程框架。提取了包容模型中的关键控制元件一消息禁止器和消息抑制器，基于ROS进行封装，提供了功能单元间通信机制以及功能单元内部的行为描述模板。介绍了基于本文框架开发机器人应用的方法学。本框架相比于上述平台、模型和框架，针对移动机器人应用开发的优势可以总结如下：
（1）用户可以不用了解复杂的行为协同理论，框架底层机制对用户透明，用户直接复用本框架提供的API即可;
（2）ROS开源社区提供的丰富的开源软件包可以在框架当中被重用;