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研究生: 曾國勝
Kao-Sheng Tseng
論文名稱: 基於MSRDS 平台的仿真機器人虛擬環境之建置研究-e保姆系統開發案例
A Study of Virtual Environment Development of Robot Simulation Based on MSRDS Platform for e-Babysitter System Development
指導教授: 詹朝基
Chao-Chi Chan
口試委員: 劉漢榆
none
鄧惟中
Wei-Chung Teng
李維楨
Wei-Chen Lee
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 106
中文關鍵詞: 仿真機器人智慧開發雲端服務UML塑模RFID虛擬環境
外文關鍵詞: Simulation robot, intelligence development, cloud services, UML modeling, RFID, virtual environment
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  • 機器人的應用逐漸由工業擴大至家庭,以服務為導向的居家型仿真機器人更受大眾喜愛。因此,本研究以未來的智慧家庭為標的,建置「e保姆系統」雛形。
    本研究以建置於MSRDS開發平台的簡單程式語言(SPL)延伸套件為載具,以模擬的方式減少不必要的花費,提高生產力。虛擬環境以機器人典範的設計步驟為基礎,歸納出開發機器人模擬環境的七大設計步驟,藉UML塑模圖表精確地描述系統的互動與狀態。
    本系統結合可線上監控的雲端服務、虛擬環境技術與智慧家庭的概念,運用無線射頻識別(RFID)技術,將感應資訊服務存入遠端資料庫。虛擬環境中的仿真機器人具「知」、「能」與「行」等感知能力的智慧開發。依展示情境製作互動的虛擬環境,包含人與仿真機器人的互動、人與系統的互動及人與人的互動,並賦予雲端代理人的四大服務達成情境之展示。


    The application of robots has gradually expanded from the industry to general families. In which, the service-oriented home-style simulation robots are expected particularly to enter into the old-aged and less-child homes. Thus, this study chose the future smart home as the target to establish the rudiment of “e-Babysitter System”.
    In this study, the extension package of SPL added on the MSRDS (Microsoft Robotics Developer Studio) development platform has been used to simplify the complexities of robots simulation and then shorten the development time and real devices costs. The virtual environment has been setup in accordance with the well-know robot SPA (Sense-Plan-Act) paradigm and recommended seven-step design procedure. Our simulation environment for developing robots were summarized and modeled as UML diagrams to accurately describe the interaction details of the demonstration example of smart home prototype.
    The simulation robots in our virtual smart home environment possess the sensibilities of intelligence development, such as perception, cognition and actuation. By combining the online-monitoring cloud services with some built-in MSRDS simulation components, this system applies the RFID technology to store the sensed information services into the remote database. The demonstration scenario including the interaction between human beings and simulation robots is set up to present some core features of four simplified cloud services.

    摘要I AbstractII 誌謝III 目 錄IV 圖 目 錄VII 表 目 錄X 第一章緒論1 1.1 研究背景與動機1 1.2 研究主題與目的2 1.3 研究範圍2 1.4 論文架構3 第二章相關技術與文獻探討5 2.1 前言5 2.2 機器人典範5 2.3 架構6 2.4 機器人反應式典範7 2.5 反應式模型設計概觀10 2.6 有限狀態自動機12 2.7 機器人開發工具MSRDS13 2.8 MSRDS附加套件SPL15 2.9 建模工具比較17 2.10 無線射頻技術18 2.11 虛擬實境開發19 2.12 國內外研究案例19 2.12.1 電子寵物狗AIBO20 2.12.2 無線聰明兔Nabaztag20 2.12.3 虛擬社群Second Life22 2.12.4 以MSRDS平台實現機器人路面檢測23 2.12.5 以塑模方式開發相撲機器人23 2.12.6 智慧家庭應用24 第三章機器人虛擬環境建置議題25 3.1 機器人虛擬環境假設與定義25 3.1.1 虛擬環境假設26 3.1.2 仿真機器人定義27 3.1.2.1 SPA典範28 3.1.2.2 知覺28 3.1.2.3 認知28 3.1.2.4 傳動28 3.1.2.5 知能行模型29 3.2 機器人虛擬環境設計步驟29 3.3 需求分析32 3.3.1 描述系統任務32 3.3.2 描述系統中角色34 3.3.3 描述系統中環境35 3.4 機器人虛擬環境開發平台37 3.5 機器人角色與場景系統設計39 3.6 知能行模型本能與行動力44 3.6.1 本能與行動力簡述44 3.6.2 系統案例應用45 3.7 系統測試47 3.8 小結49 第四章互動行為塑模50 4.1 前言50 4.2 UML塑模方法51 4.3 系統塑模52 4.4 機器人行為設計58 4.4.1 狗與人互動案例研究59 4.4.2 使用者與系統互動61 4.5 小結63 第五章系統實作與測試64 5.1 系統簡介64 5.1.1 機器人角色實現65 5.1.2 虛擬化身人機控制介面67 5.1.3 系統住家場景68 5.1.4 系統辦公室場景70 5.2 看護系統四大服務70 5.3 虛擬環境互動實作展示73 5.4 討論80 5.4.1 虛擬環境80 5.4.2 系統開發81 5.5 小結81 第六章研究貢獻與未來展望82 6.1 結論82 6.2 未來展望83 6.2.1 建立資料庫的網站83 6.2.2 真實環境與虛擬環境的轉換83 參考文獻84 附錄A 以微軟觀點開發機器人智慧基礎技術86 附錄B VPL元件88

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