一种基于角色状态机的群体无人系统协同任务管理子系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于角色状态机的群体无人系统协同任务管理子系统，属于群体无人系统控制技术领域；包括角色状态机、角色调度器、群组织管理器和消息处理器；角色状态机读入角色状态机文件并初始化无人平台，而后监听消息处理器发来的消息并向角色调度器发起角色调度请求或向群组织管理器发出群体协同请求；角色调度器提供角色调度的接口；群组织管理器用于基于群通信进行群体无人系统的群管理，并向角色调度器发起角色调度请求；消息处理器接收消息并转发给角色状态机处理。相比于现有技术，本发明专利技术解决了群体无人系统根据任务动态组织、动态配置、自主协同实现任务的问题，提高了群体无人系统智能性、自主性以及异构群体无人系统组织时的便利性。

A cooperative task management subsystem of group unmanned system based on role state machine

【技术实现步骤摘要】
一种基于角色状态机的群体无人系统协同任务管理子系统
本专利技术属于群体无人系统控制
，涉及一种基于角色状态机的群体无人系统协同任务管理子系统。
技术介绍
群体智能是一种在自然界生物群体所表现出的智能现象启发下提出的人工智能模式。群体智能的研究者往往以蚁群、鸟群、鱼群等生物群体为研究对象，构建感知、计算、通信等能力受限的机器人群体，研究由个体之间相对简单的局部自组织交互作用，在环境中表现出分布式、自适应、鲁棒性等智能特征，使系统在整体层面上涌现出单个个体不可能达成的智能机理，代表性研究有哈佛大学的KiloBot、华盛顿大学自组织构型机器人、瑞士联邦工学院房屋建造等。如何进行控制抽象，是大型基础软件的核心机理之一。在计算机操作系统发展的过程中，基于“进程/线程”控制抽象的提出具有划时代的意义，它是现代操作系统资源管理和程序执行的基本单元。机器人与计算机相比，在生存空间、管理对象、人机交互、编程开发等方面存在诸多本质不同，因此机器人操作系统需要全新的面向行为的控制抽象。面向群体无人系统，基于OODA(即“观察-判断-决定-行动”)宏行为链，群体智能机器人操作系统(micROS)将角色的理念运用到群体无人系统控制抽象中，设计的“角色”框架已成为群体智能机器人操作系统进行无人系统智能行为管理的基础。micROS的角色(actor)是指机器人完成给定任务的一次执行的行为，也是micROS的基本调度单元。基于角色的控制抽象，将角色与机器人算法模块相结合，实现了角色资源到角色能力的转换。不同角色在群体观察、群体判断、群体决定和群体行动等不同环节中，需要不同的资源，采用不同的算法，形成不同的能力。在针对不同的群体协同任务时，群体无人系统在时空维度上，需要根据本体状态和外部环境的变化，自主进行角色切换和执行，进行不同粒度的协同，实现群体无人系统的行为调度，体现无人系统的环境适应性。目前的任务管理方法中，主要针对特定的单个无人系统或集群、特定的应用进行垂直编程开发，在异构群体动态组织、群体任务动态配置、群体自主协同等方面缺乏灵活有效支撑，因此，需要设计实现适合群体无人系统进行高效协同任务管理的子系统，以角色为基本单位，实现群体无人系统间角色的协同调度和任务的协同执行，完成复杂群体任务全流程的执行和调度管理。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，针对群体无人系统在异构群体动态组织、群体任务动态配置、群体自主协同等方面缺乏灵活有效支撑的需求，提供一种基于角色状态机的群体无人系统协同任务管理子系统，在操作系统层面提供协同任务管理机制，解决群体无人系统根据任务动态组织、动态配置、自主协同实现任务的问题，提高群体无人系统智能性、自主性、以及异构群体无人系统组织时的便利性。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。一种基于角色状态机的群体无人系统协同任务管理子系统，其特征在于，包括：角色状态机、角色调度器、群组织管理器和消息处理器；所述角色状态机用于在无人平台启动时读入角色状态机文件并对其解析，根据角色状态机文件中的初始化配置初始化无人平台，监听消息处理器发来的消息，根据消息以及角色状态机文件中的角色切换规则配置和角色与插件信息配置向角色调度器发起角色调度请求或向群组织管理器发出群体协同请求；所述角色调度器用于提供角色调度的接口，以实现角色激活、休眠或切换；所述群组织管理器用于根据角色状态机的请求，基于群通信进行群体无人系统的群管理，并在满足群体协同条件下，向角色调度器发起角色调度请求；所述消息处理器用于接收外部或无人平台产生的消息，并将消息转发给角色状态机处理，以触发角色状态机，催动群体任务的执行。有益效果本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：(1)基于XML语言对角色状态机文件进行描述，描述了群体角色信息以及角色之间转移和动作等行为的模型，并给出了角色与插件、平台与角色的相关初始化配置，为群体角色调度提供遵循和支撑；同时，对于不同的群体无人系统，只要通过重新定义角色状态机文件即可实现不同同构或异构群体任务的顺利切换。(2)角色状态机通过预先读入并解析角色状态机文件，在任务执行过程中，接收相关事件触发消息，根据角色状态机文件描述请求角色切换和群体协同，完成复杂群体任务的管理。(3)角色调度器基于插件的挂载/卸载机制，提供了无人群体内角色调度的相关接口，面向OODA循环的“观察(observe)、判断(orient)、决定(decide)、行动(act)”4个环节支持对角色的管理，为无人系统复杂群体行为的管理和调度提供支撑。(4)群组织管理器考虑任务需求、资源约束、外部环境、自身状态等信息，进行群组织管理，支持群体的分裂与聚合、群角色的同步切换，提高了群体任务执行的便利性，为群体任务协同管理提供支撑。(5)消息处理器通过对任务指令进行处理，根据角色状态机文件对触发事件的描述，统一了群角色切换和调度的触发接口，提高了群任务协同管理的便利性。附图说明图1为本专利技术系统的组成结构示意图；图2为本专利技术方法的角色状态机文件任务描述框架示意图；图3为本专利技术方法的角色状态机文件角色与插件信息配置描述示意图；图4为本专利技术方法的角色状态机文件角色切换规则配置中有关A角色的事件处理描述示意图；图5为本专利技术方法的角色状态机文件角色切换规则配置中有关A角色的同步事件处理描述示意图；图6为本专利技术方法的角色状态机文件角色切换规则配置中有关A角色的同步分支、聚合事件处理描述示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。为了使本申请实例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实例可以相互结合。本文中所述无人平台，适用于无人机、机器人、扫地机、无人驾驶汽车等任何能自动运行任务的人造机器设备。实施例1一种基于角色状态机的群体无人系统协同任务管理子系统：包括角色状态机、角色调度器、群组织管理器和消息处理器(如图1所示)；其中，角色状态机用于在无人平台启动时读入角色状态机文件(即群体角色信息以及角色之间转移和动作等行为的数学模型)并对其解析，然后根据角色状态机文件中的初始化配置初始化无人平台，监听消息处理器发来的消息，根据消息以及角色状态机文件中的角色切换规则配置和角色与插件信息配置向角色调度器发起角色调度请求或向群组织管理器发出群体协同请求；从而发起群体无人系统的角色激活、休眠、切换等调度行为；角色调度器用于向其它模块提供角色调度的接口，以实现角色激活、休眠、切换等调度行为；群组织管理器用于根据来自角色状态机的请求，基于群通信进行群体无人系统的群管理，包括群体成员的状态监控、群组织的维护(分群、聚合等)、群体任务的协调调度，即在满足群体协同条件下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于角色状态机的群体无人系统协同任务管理子系统，其特征在于，包括：角色状态机、角色调度器、群组织管理器和消息处理器；/n所述角色状态机用于在无人平台启动时读入角色状态机文件并对其解析，根据角色状态机文件中的初始化配置初始化无人平台，监听消息处理器发来的消息，根据消息以及角色状态机文件中的角色切换规则配置和角色与插件信息配置向角色调度器发起角色调度请求或向群组织管理器发出群体协同请求；/n所述角色调度器用于提供角色调度的接口，以实现角色激活、休眠或切换；/n所述群组织管理器用于根据角色状态机的请求，基于群通信进行群体无人系统的群管理，并在满足群体协同条件下，向角色调度器发起角色调度请求；/n所述消息处理器用于接收外部或无人平台产生的消息，并将消息转发给角色状态机处理，以触发角色状态机，催动群体任务的执行。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于角色状态机的群体无人系统协同任务管理子系统，其特征在于，包括：角色状态机、角色调度器、群组织管理器和消息处理器；
所述角色状态机用于在无人平台启动时读入角色状态机文件并对其解析，根据角色状态机文件中的初始化配置初始化无人平台，监听消息处理器发来的消息，根据消息以及角色状态机文件中的角色切换规则配置和角色与插件信息配置向角色调度器发起角色调度请求或向群组织管理器发出群体协同请求；
所述角色调度器用于提供角色调度的接口，以实现角色激活、休眠或切换；
所述群组织管理器用于根据角色状态机的请求，基于群通信进行群体无人系统的群管理，并在满足群体协同条件下，向角色调度器发起角色调度请求；
所述消息处理器用于接收外部或无人平台产生的消息，并将消息转发给角色状态机处理，以触发角色状态机，催动群体任务的执行。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述角色状态机文件包括三部分内容：角色与插件信息配置、角色切换规则配置、平台与角色初始化配置；
所述角色与插件信息配置，用于描述角色与插件的匹配关系；
所述角色切换规则配置用于描述对不同事件处理时各类角色之间转移、动作的行为规则；
所述平台与角色初始化配置用于描述群体内各无人平台所扮演角色的初始化配置。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述角色切换规则配置，支持对事件触发角色切换描述、基于barrierKey的同步角色切换描述、基于事件触发的分支与聚合的描述。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述角色状态机实现以下内容：
读入所述角色状态机文件并对其进行解析；
将所述角色状态机文件中的角色与插件信息配置读入内存作为角色插件数据结构；
将所述角色状态机文件中的角色切换规则配置读入内存作为事件响应数据结构；
根据所述角色状态机文件中的初始化配置规定的初始角色向所述角色调度器发起角色调度请求以初始化无人平台为预设角色，从而执行群体初始任务；
监听消息处理器发来的消息，并对消息事件进行如下处理：
根据消息的事件名称在所述事件响应数据结构中查找对应的事件响应配置，如果找到，按照对应的响应配置进行事件处理；如果没找到，在所述事件响应数据结构中查找是否存在已定义事件以外的缺省事件响应处理规则，如果有，按照缺省事件响应处理规则进行事件处理。


5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述事件处理按照如下过...

【专利技术属性】
技术研发人员：易伟，杨学军，戴华东，易晓东，王彦臻，李睿豪，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11