首都師范大學(xué)輕型工業(yè)機器人和安全驗證實(shí)驗室副主任 邵振洲博士

邵振洲，首都師范大學(xué)信息工程學(xué)院副研究員，博士，“輕型工業(yè)機器人與安全驗證”北京市重點(diǎn)實(shí)驗室副主任，主要研究領(lǐng)域包括模塊化機器人、計算機視覺(jué)、人工智能和人機交互安全等。目前是中國國家標準化管理委員會(huì )專(zhuān)家和國際標準化ISO/TC 184/SC 2/WG 10委員會(huì )委員，參與起草制定國家機器人相關(guān)標準。作為第一起草人，已完成制定國家標準《面向多核處理器的機器人實(shí)時(shí)操作系統應用架構》。

操作系統在機器人領(lǐng)域的作用類(lèi)似智能手機領(lǐng)域的Android和iOS操作系統。當前機器人主流操作系統ROC能夠提供類(lèi)似傳統操作系統的諸多功能，如硬件抽象、底層設備控制、常用功能實(shí)現、進(jìn)程間消息傳遞和程序包管理等。雖然被廣泛采用，但其卻存在實(shí)時(shí)性和系統可靠性驗證等問(wèn)題。對于致力機器人產(chǎn)品自主創(chuàng )新的中國來(lái)說(shuō)，如果能搶占機器人操作系統高地，將對我國智能機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大戰略意義。借此次專(zhuān)題之機，本刊記者特別采訪(fǎng)了首都師范大學(xué)輕型工業(yè)機器人和安全驗證實(shí)驗室副主任邵振洲博士，介紹其團隊在機器人實(shí)時(shí)操作系統研究方面所取得的成果。

《自動(dòng)化博覽》：請談?wù)勀鷮τ诋斍爸袊I(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀的看法？

邵振洲：相比于機器人四大家族等國際知名企業(yè)，我國工業(yè)機器人的生產(chǎn)規模仍然不大，多數處于小批量生產(chǎn)階段，關(guān)鍵零部件大多依賴(lài)進(jìn)口，導致機器人性?xún)r(jià)比低，制約了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的形成和實(shí)現規?；陌l(fā)展。近年來(lái)，在產(chǎn)業(yè)政策的激勵和市場(chǎng)需求的帶動(dòng)下，我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，很多新的機器人企業(yè)涌現出來(lái)。相信隨著(zhù)我國零部件制造工藝的不斷進(jìn)步，國產(chǎn)機器人在全球市場(chǎng)的競爭力將進(jìn)一步提高。

《自動(dòng)化博覽》：當前機器人領(lǐng)域面臨著(zhù)哪些挑戰？

邵振洲：當前機器人面臨的挑戰除了國產(chǎn)關(guān)鍵零部件的研制以外，從技術(shù)角度講，人機協(xié)作的安全性和智能性是新一代工業(yè)機器人面臨的主要挑戰。提高機器人的安全性，可以真正讓人和機器人共享工作空間，協(xié)同工作，提高生產(chǎn)效率。另外，提高機器人的智能化水平，自動(dòng)識別環(huán)境變化，減少對人的依賴(lài)，是未來(lái)機器人應用中面臨的挑戰。

《自動(dòng)化博覽》：機器人操作系統對于機器人技術(shù)發(fā)展具有怎樣的重要意義？

邵振洲：機器人操作系統在機器人領(lǐng)域的作用類(lèi)似智能手機領(lǐng)域的Android和iOS操作系統，如能盡早部署，保持與國外同步，將對我國智能機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大戰略意義。在未來(lái)機器人時(shí)代，我國不能重走PC和智能手機時(shí)代的老路，必須在發(fā)展前期高度重視機器人操作系統核心技術(shù)的研發(fā)。另外，機器人操作系統提供了一個(gè)統一的機器人開(kāi)發(fā)平臺，更多用戶(hù)可以基于這個(gè)平臺去研究和驗證機器人算法以及開(kāi)發(fā)機器人應用等，能很大程度上促進(jìn)機器人軟件技術(shù)的發(fā)展。

《自動(dòng)化博覽》：當前機器人操作系統存在哪些問(wèn)題？

邵振洲：當前的機器人操作系統主要存在兩大問(wèn)題：

(1) 實(shí)時(shí)性問(wèn)題。目前流行的機器人操作系統ROS實(shí)時(shí)性不高，只能用于機器人的環(huán)境建模、目標識別和任務(wù)規劃等非實(shí)時(shí)任務(wù)，不能直接應用于實(shí)時(shí)運動(dòng)控制，這在很大程度上限制了ROS的實(shí)際應用。

(2) 系統可靠性驗證問(wèn)題。機器人操作系統是個(gè)龐大的軟件系統，目前ROS缺乏有效的測試和驗證手段。使用傳統的測試和仿真方法，無(wú)法對系統進(jìn)行完備的驗證。

《自動(dòng)化博覽》：您團隊研發(fā)的機器人實(shí)時(shí)操作系統具有哪些創(chuàng )新性？

邵振洲：我們團隊先后與美國田納西大學(xué)Tan Jindong教授、北京航空航天大學(xué)魏洪興教授、遨博（北京）智能科技有限公司合作，針對前面提到的兩個(gè)問(wèn)題，主要做了兩方面工作：(1) 在目前主流的機器人操作系統ROS基礎上，進(jìn)行實(shí)時(shí)化改造和二次開(kāi)發(fā)，創(chuàng )新性地提出“多核異構”的實(shí)時(shí)ROS構架，在保留ROS現有豐富軟件資源的同時(shí)，解決ROS的實(shí)時(shí)應用難題。(2) 采用軟件測試仿真、物理平臺測試和形式化驗證三位一體的測試驗證方法，充分保證機器人操作系統的可靠性。目前，在首都師范大學(xué)關(guān)永教授的帶領(lǐng)下，我們團隊已完成了機器人實(shí)時(shí)操作系統（通信協(xié)議、實(shí)時(shí)性等）、雙臂機器人避免碰撞算法和機器人路徑規劃算法等安全驗證，形式化驗證分析和工具研制達到國際領(lǐng)先水平。

《自動(dòng)化博覽》：機器人實(shí)時(shí)操作系統對于機器人產(chǎn)品的提升將體現在哪些方面？

邵振洲：我認為機器人實(shí)時(shí)操作系統對于機器人產(chǎn)品的提升將主要體現在如下方面：

(1) 建立面向多核處理器的機器人操作系統實(shí)時(shí)架構，使ROS的任務(wù)控制周期由原有的10ms量級提高到1ms量級，以滿(mǎn)足機器人的實(shí)時(shí)控制需求；

(2) 提出適用于機器人多核操作系統的形式化驗證建模的理論方法，建立機器人多核操作系統的形式化驗證定理證明庫，為機器人多核操作系統及應用軟件提供綜合的形式化驗證平臺。

摘自《自動(dòng)化博覽》2016年9月刊