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机器人任务理解与软件自组装方法研究

作　者: 吴志华
导　师: 闵华清; 奉继承
学　校: 华南理工大学
专　业: 软件工程
关键词: 本体任务理解相似度计算对话管理方法构件描述
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

人工智能作为新兴热门研究领域已经受到了越来越多人的关注，人们对智能机器人的期待也越来越高。可是智能机器人软件和其他领域软件有些不同，它需要涉及到数学，哲学等多个学科，存在着系统复杂，开发困难等各种问题。为了解决智能机器人软件开发存在的这些问题，中间件平台越来越多的被引入到了智能机器人软件的开发中。中间件平台可以把开发者从底层开发中解脱出来，只需要关注自己需要的方法和算法设计，简化了机器人软件的开发。但是，应用基于构件的中间件平台进行机器人软件开发还存在以下问题：1)任务的理解问题。由于大多数中间件平台都是基于组件式开发的，用户在进行开发时必须先对任务进行分析和理解，将系统分解成一些功能模块，并明确这些模块之间的联系。这些对于没有很强专业知识能力的用户来说存在很大困难。2)组件的选择和组装问题。使用中间件平台进行开发，用户需要进行组件的选择和组装，但是单凭组件的名称很难判断组件的具体功能，以致难于准确选择出合适的组件。在组装过程中，可能会存在名称不同但功能相同或相似的组件，这些组件可以合并，以减少对系统资源的要求。本文将在MiniROS中间件平台的基础上，试着探讨机器人任务理解和自组装的方法，希望通过这个方法用户只需通过自然语言式输入就可实现任务系统的搭建，其他工作都由系统来完成。为实现这个目标主要工作如下：1).本文首先提出了一个任务预处理的概念，将任务理解过程分为两步。接着设计了一个任务预处理的方法，利用上下文信息和语料信息来对任务进行处理，通过语义上的分析来得出任务相关的结构。2)本文设计了一个基于状态图和任务树相结合的对话管理方法，通过人机对话过程中的状态转换和任务树的填充来完成对任务的理解。3)本文提出了一个基于本体的构件形式化描述方法。该描述方法在领域本体的指导下可以很好地提高构件的查准率和查全率。在构件组装过程中，本文设计了一个组装方法，通过功能包含和接口适配的组件进行合并来完成组件的组装过程。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第一章绪论  11-18
  1.1 论文研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
  1.3 论文研究问题  14-17
    1.3.1 任务预处理方法  15
    1.3.2 任务理解方法  15-16
    1.3.3 构件描述方法  16
    1.3.4 构件的组装策略  16-17
  1.4 论文的主要贡献  17
  1.5 论文组织结构  17-18
第二章任务理解与软件自组装方法总体设计  18-24
  2.1 MiniROS平台简介  18-20
    2.1.1 MiniROS总体介绍  18
    2.1.2 MiniROS构件模型  18-19
    2.1.3 MiniROS构件组装问题  19-20
  2.2 系统概要介绍  20-23
    2.2.1 任务理解与自组装方法过程  20-21
    2.2.2 详细过程介绍  21-22
    2.2.3 系统的体系结构  22-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章基于相似度计算的任务预处理方法  24-35
  3.1 本体概述  24-27
    3.1.1 本体的定义  24-25
    3.1.2 本体的分类  25
    3.1.3 本体的描述语言  25
    3.1.4 WordNet简介  25-27
  3.2 基于WordNet词汇语义相似度计算  27-29
    3.2.1 基于边长度计算的计算方法  27
    3.2.2 基于信息统计的方法  27-28
    3.2.3 上述两种方法的比较分析  28
    3.2.4 边长度和语义信息相结合的计算方法  28-29
  3.3 句子相似度的预处理方法  29-34
    3.3.1 任务库的描述  29-30
    3.3.2 语义相似度处理方法  30-32
    3.3.3 语序相似度处理方法  32-33
    3.3.4 预处理的结果  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章基于人机对话的任务理解方法  35-45
  4.1 任务理解方法分析  35
  4.2 人机对话技术  35-37
    4.2.1 人机对话技术概述  35-36
    4.2.2 人机对话流程  36-37
  4.3 对话管理基本问题  37-38
    4.3.1 对话策略  37-38
    4.3.2 领域的可移植性  38
    4.3.3 系统健壮性和校验  38
  4.4 对话管理方法介绍  38-41
    4.4.1 基于状态图的对话管理方法  38-39
    4.4.2 基于填充槽的对话管理方法  39
    4.4.3 基于任务树的对话管理方法  39-41
  4.5 对话管理方法设计  41-44
    4.5.1 对话管理状态图  41-43
    4.5.2 任务树结构设计  43-44
  4.6 本章小结  44-45
第五章组件描述与组装方法  45-54
  5.1 组件描述模型  45
  5.2 组件描述方法  45-47
  5.3 基于本体的组件描述  47-49
  5.4 组件的查找与组装  49-53
    5.4.1 复合组件的查找  49
    5.4.2 复合组件的合并  49-53
    5.4.3 组件的实例化  53
  5.5 本章小结  53-54
第六章机器人任务理解与软件自组装方法实现与应用  54-62
  6.1 系统的具体实现  54-57
    6.1.1 系统实现的总体类图  54-55
    6.1.2 系统的对话控制实现过程  55
    6.1.3 组件合并实现过程  55-57
  6.2 系统的一个应用例子  57-61
  6.3 本章小结  61-62
总结  62-63
参考文献  63-65
攻读硕士学位期间取得的研究成果  65-66
致谢  66-67
答辩委员会的答辩决议书  67

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