题目：机器人中间件体系结构设计及实验研究

随着人工智能与机器人技术的发展与进步，机器人己经不仅仅局限于实验性的科学研究和工业制造领域，而是渐渐实用化，走进人们的日常生活。从工厂自动化到家庭服务机器人，机器人的应用环境和功能需求千变万化，系统软硬件设计越来越复杂。因此，推动机器人向模块化和专业化方向发展，提高机器人构件的复用性，提高机器人系统的开发效率，已成为机器人研究领域的一个重要发展方向。本文以国家863重大专项课题“模块化机器人体系结构设计”为依托，对机器人系统进行了分析和研究，并从功能分解出发提出了一种开放式的基于构件的机器人中间件体系结构来有效提高机器人软硬件的复用性。全文的主要研究工作和成果如下： （1）对机器人系统的模块化和复用性进行研究，提出了一种基于构件的机器人中间件体系结构。分析了该体系结构的各元素，并提出了基于该体系结构对机器人系统进行构件化分解的方法，最后建立了机器人构件的静态模型和运行时模型。 （2）结合机器人构件之间的三种通信模式和特点，设计并实现了一种轻量级的中间件。定义了一套简单的中间件协议，并分析了三种通讯模式下协议的交互细节。为了降低开发难度，根据机器人构件的特点定义了一种机器人构件描述语言，并完成了机器人构件框架生成工具rcidl的开发，最后对该中间件进行了性能测试。 （3）对机器人构件标准化的研究。为了实现构件级的复用，提出了机器人构件标准化的方法，即通过构件的接口和状态转换模型来对构件进行标准化，并定义了构件的标准描述信息形式，通过构件描述信息对构件进行统一管理，实现了构件的即插即用机制。最后对几个典型的机器人构件进行了标准化。 （4）对设计框架和机器人集成开发环境的研究。把设计框架和可视化开发方法结合起来实现了一个机器人集成开发环境，提供工程管理、应用框架生成、可视化构件组装、交叉编译等特性，为开发者提供了应用级的复用和简单直观的开发方法。在本文的最后，以一个移动机器人系统为平台，在该体系结构框架下设计了两个应用实例来对机器人中间件的功能、构件的即插即用、构件间的互操作、构件的复用性、设计框架和集成开发环境的适应性进行了验证。