机器人任务规范与执行的形式化方法：比较分析

《IEEE Transactions on Software Engineering》：Formalisms for Robotic Mission Specification and Execution: A Comparative Analysis

　　

摘要：

机器人越来越多地被部署在各个领域，并被设计用于多用途操作。随着机器人系统复杂性的增加和在动态环境中的操作，对结构化、具有表达力且可扩展的任务规范方法的需求变得至关重要，任务规范通常由领域专家而非机器人专家在现场定义。然而，对于单机器人或多机器人系统的任务规范，尚无标准或广泛接受的形式化方法。各种形式化方法，如行为树、状态机、层次任务网络和业务流程模型与符号，已在机器人技术中被不同程度地采用，每种方法都提供不同级别的抽象、表达力以及对与人类工作流程和外部设备集成的支持。本文对这四种形式化方法进行了系统性分析，重点关注其在机器人任务规范中的适用性。我们的研究侧重于任务级描述，而非机器人软件开发。我们分析了它们底层的控制结构和任务概念，评估了它们在建模现实世界任务中的表达力和局限性，并评估了可用工具支持的程度。通过比较这些形式化方法并与专家验证我们的发现，我们为它们在机器人系统建模中的适用性、优势和不足提供了见解。结果旨在支持从业者和研究人员选择适当的建模方法，以设计鲁包且可适应的机器人和多机器人任务。