[发明专利]一种基于行为树的机器人行为控制方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于行为树的机器人行为控制方法及装置，包括：包括读取任务文件，获取所述任务文件对应的任务管理行为树；利用所述任务管理行为树，控制机器人执行任务；本发明提供的技术方案将事件机制、中断恢复机制、同步机制引入行为树中，并提供了基于XML文件的统一任务描述格式；本发明提出的方法及装置可以有效地对机器人的任务进行编排描述、存储调度和控制执行，具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种基于行为树的机器人行为控制方法及装置。

背景技术

随着机器人技术的发展，由一小组较小的专用机器人取代大型复杂机器人已逐渐成为一种趋势。机器人任务管理是指借助控制和决策手段，控制多个无人个体有序执行任务，从而完成群体目标的技术，相关技术已在搜索、救灾等大规模场景中得到应用，并期望在可靠性、可扩展性和自动化方面表现出优势。

当前，机器人的任务管理方法主要分为静态管理方法和动态管理方法。早期机器人执行任务的环境较为简单，因此往往采用集中式、预先规划的方法管理机器人集群。航点坐标法是一种典型的静态任务管理方法，该方法通常将GPS航点坐标列表与相关任务和命令一起使用，实现对机器人的控制；MissionPlanner是一种基于航点坐标法设计的机器人任务管理程序，它使用导航指令让机器人前往指定坐标，执行特定的任务(如拍照)；虽然，航点坐标法具有控制简单，易于实现的优点，但该方法通常基于固定的坐标列表，这些坐标在环境变化时无法动态更改，因此导致任务无法动态执行。

随着机器人任务场景逐渐复杂化，以及对协同、交互的需求不断提升，许多动态任务管理方法逐渐被人们提出和应用。其中，有限状态机是动态任务管理中功能齐全、应用广泛的方法，该方法将任务封装为状态，通过事件触发状态转移来控制任务在不同条件下进行切换。

然而，有限状态机在实际使用中存在如下问题和挑战：一方面，有限状态机不适合应用于大型复杂系统，尤其是完全响应系统(指所有任务间均可以相互切换)，在具有n个任务的完全响应系统中，需要n(n-1)个任务转移控制模块，因此系统复杂度为O(n2)，当任务量n较大时，会导致状态和转移爆炸，从而使系统变得难以维护和管理；另一方面，有限状态机中所有状态间的转移依赖于状态量，状态转移相关程序分布在各个状态之中，这导致基于状态机设计的系统扩展性和重用性较差。

目前，行为树是机器人领域内一种新兴的控制架构，近年来广泛应用于控制机器人在动态环境下执行任务。相对于状态机，行为树将任务间的转移隐含于树形结构中，由控制流节点管理任务切换。这种方式避免了频繁的转移声明，极大地简化了模型的结构。

状态机可类比于传统编程语言中的Goto语句，其状态间的转移通过显式声明的单向控制实现，而行为树可类比于现代编程语言中的双向控制结构，执行节点如同函数，而控制流节点如同for、if等语句，会在合适的位置调用执行节点，并在执行完后返回最初调用的位置。

因此，行为树在模块化、可维护性、可重用性等方面相对于状态机有较大优势，其控制策略可以被灵活地分离和重组，同时能够有效响应动态环境下的突发情况。目前，行为树在功能上已被证明与经典的控制架构(如有限状态机)等效。然而，主流行为树在任务管理方面尚未有成熟的支撑技术，难以在任务执行时切换任务、没有完善的任务中断和恢复机制、缺少多机器人协同支撑技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于行为树的机器人行为控制方法及装置，该方法及装置将事件机制、中断恢复机制、同步机制引入行为树中，并提供了基于XML文件的统一任务描述格式。本发明提出的方法及装置可以有效地对机器人的任务进行编排描述、存储调度和控制执行。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于行为树的机器人行为控制方法，其改进之处在于，包括：

读取任务文件，获取所述任务文件对应的任务管理行为树；