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      英国皇家工程院院士Jim Woodcock:如何构建机器人的软件验证工程?英国RoboStar巧用数学模型解难题
      本文作者:小蛙 2019-10-16 09:02:06 浏览量:2452 评论量:1

      英国作为“现代工业革命的摇篮”,近年来推出了包括机器人和自动系统在内的“八大技术和战略产业”,Jim Woodcock引用英国政府资助机构Innovate UK的话表示,未来,英国将越来越多地使用RAS(机器人和自主系统)来提高生活的各方面。而确保RAS系统能够在所有可能的情况下安全、有效、高效地做出正确的决策,需要独特的测试和功能验证。

      英国约克大学教授、英国皇家工程院院士Jim Woodcock

      Jim Woodcock表示,他们使用独特的方法对机器人进行验证,补充现有技术,使用领域特定的语言,用数学方法验证机器人。他所在的RoboStar正是全球最大的机器人软件工程研究集团之一。他指出,当前一些企业的发展方式是,从机器人在特定应用程序中将要执行操作的抽象模型出发,但并非所有项目都具有该抽象规范。因此在第二阶段的仿真模拟中,会使用硬件模拟和离散环境模拟,工业上使用的模拟器都很擅长将控制器代码生成为C++。

      在基于模型的开发过程中,Jim Woodcock发现模型是最重要的,他以水下机器人为例,指出在水下机器人由于无法使用无线电波,所以难以交流,因此会有信号灯传递信息。他还用一组电子冰球机器人将一个物体(蓝色盒子)运送到球门(红色圆柱体)的例子来说明状态机。通常情况下,如果机器人被使用,就会有实时和随机的概率信息记录在上面。

      电子冰球机器人模拟

      在上述模型中,一旦描述了机器人的行为,就会自动生成一个证明模型,Jim Woodcock强调,只需按下按钮,数学模型就能产生,不需要工程师参与任何数学计算,这些数学模型是由工程师使用的图形模型衍生出来的,如果将其他属性注入验证引擎中,会不断进行模拟循环,直到相关属性满足条件。他表示,Robo Chart特定的建模语言是为机器人专家打造的,基于UML,虽然受限制但在实时性能和概率与随机性质上十分丰富。

      此外,Robo Chart还可以进行组合语义简化和自动推理,检验模型的有界状态或是证明无界、无限状态的定理。Jim Woodcock也举了在RoboTool建模的例子,他指出,可以在化学检测器、转运体、蜂群算法等方面生成用于验证的语义,用于简单状态机的大型状态空间,其压缩功能非常有效。

      其中,在部分公民十分敏感的核工业领域,化学检测器每一次气体读数都对应“恢复、停止、转向”的操作,在发出另一个命令之前,移动机器人的每个命令(恢复、停止、转向)都会导致机器人做出反应。如果没有气体,化学探测器不会终止。

      Robo Chart模型

      除核工业中使用的机器人外,关键系统的机器人技术也可用于一些日常场景,比如自动驾驶汽车、手术机器人助手、家用机器人等,如何发展信任和监管体制来确保安全使用机器人呢?Jim Woodcock指出在构建SACM和GSN标准的基础上,解决基本问题和自动化支持,综合自动化保障架构,由自动化集成的形式化方法支持认证的任务,在安全的网络物理系统中,使自主机器人和数字孪生体能够被认证与检验。

      编后语:此文是根据英国约克大学教授、英国皇家工程院院士Jim Woodcock于2019年5月在浙江宁波余姚举行的第六届中国机器人峰会上的《RoboStar:机器人的软件验证工程》报告录音整理摘编部分而成,题目为编者所加。


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      最新评论

      当风玉立  6个月前
      通常情况下,如果机器人被使用,就会有实时和随机的概率信息记录在上面。

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