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首都師范大學輕型工業機器人和安全驗證實驗室副主任 邵振洲博士
邵振洲，首都師范大學信息工程學院副研究員，博士，“輕型工業機器人與安全驗證”北京市重點實驗室副主任，主要研究領域包括模塊化機器人、計算機視覺、人工智能和人機交互安全等。目前是中國國家標準化管理委員會專家和國際標準化ISO/TC 184/SC 2/WG 10委員會委員，參與起草制定國家機器人相關標準。作為第一起草人，已完成制定國家標準《面向多核處理器的機器人實時操作系統應用架構》。
操作系統在機器人領域的作用類似智能手機領域的Android和iOS操作系統。當前機器人主流操作系統ROC能夠提供類似傳統操作系統的諸多功能，如硬件抽象、底層設備控制、常用功能實現、進程間消息傳遞和程序包管理等。雖然被廣泛采用，但其卻存在實時性和系統可靠性驗證等問題。對于致力機器人產品自主創新的中國來說，如果能搶占機器人操作系統高地，將對我國智能機器人產業的發展具有重大戰略意義。借此次專題之機，本刊記者特別采訪了首都師范大學輕型工業機器人和安全驗證實驗室副主任邵振洲博士，介紹其團隊在機器人實時操作系統研究方面所取得的成果。
《自動化博覽》：請談談您對于當前中國工業機器人產業發展現狀的看法？
邵振洲：相比于機器人四大家族等國際知名企業，我國工業機器人的生產規模仍然不大，多數處于小批量生產階段，關鍵零部件大多依賴進口，導致機器人性價比低，制約了我國工業機器人產業的形成和實現規模化的發展。近年來，在產業政策的激勵和市場需求的帶動下，我國工業機器人產業得到快速發展，很多新的機器人企業涌現出來。相信隨著我國零部件制造工藝的不斷進步，國產機器人在全球市場的競爭力將進一步提高。
《自動化博覽》：當前機器人領域面臨著哪些挑戰？
邵振洲：當前機器人面臨的挑戰除了國產關鍵零部件的研制以外，從技術角度講，人機協作的安全性和智能性是新一代工業機器人面臨的主要挑戰。提高機器人的安全性，可以真正讓人和機器人共享工作空間，協同工作，提高生產效率。另外，提高機器人的智能化水平，自動識別環境變化，減少對人的依賴，是未來機器人應用中面臨的挑戰。
《自動化博覽》：機器人操作系統對于機器人技術發展具有怎樣的重要意義？
邵振洲：機器人操作系統在機器人領域的作用類似智能手機領域的Android和iOS操作系統，如能盡早部署，保持與國外同步，將對我國智能機器人產業的發展具有重大戰略意義。在未來機器人時代，我國不能重走PC和智能手機時代的老路，必須在發展前期高度重視機器人操作系統核心技術的研發。另外，機器人操作系統提供了一個統一的機器人開發平臺，更多用戶可以基于這個平臺去研究和驗證機器人算法以及開發機器人應用等，能很大程度上促進機器人軟件技術的發展。
《自動化博覽》：當前機器人操作系統存在哪些問題？
邵振洲：當前的機器人操作系統主要存在兩大問題：
(1) 實時性問題。目前流行的機器人操作系統ROS實時性不高，只能用于機器人的環境建模、目標識別和任務規劃等非實時任務，不能直接應用于實時運動控制，這在很大程度上限制了ROS的實際應用。
(2) 系統可靠性驗證問題。機器人操作系統是個龐大的軟件系統，目前ROS缺乏有效的測試和驗證手段。使用傳統的測試和仿真方法，無法對系統進行完備的驗證。
《自動化博覽》：您團隊研發的機器人實時操作系統具有哪些創新性？
邵振洲：我們團隊先后與美國田納西大學Tan Jindong教授、北京航空航天大學魏洪興教授、遨博（北京）智能科技有限公司合作，針對前面提到的兩個問題，主要做了兩方面工作：(1) 在目前主流的機器人操作系統ROS基礎上，進行實時化改造和二次開發，創新性地提出“多核異構”的實時ROS構架，在保留ROS現有豐富軟件資源的同時，解決ROS的實時應用難題。(2) 采用軟件測試仿真、物理平臺測試和形式化驗證三位一體的測試驗證方法，充分保證機器人操作系統的可靠性。目前，在首都師范大學關永教授的帶領下，我們團隊已完成了機器人實時操作系統（通信協議、實時性等）、雙臂機器人避免碰撞算法和機器人路徑規劃算法等安全驗證，形式化驗證分析和工具研制達到國際領先水平。
《自動化博覽》：機器人實時操作系統對于機器人產品的提升將體現在哪些方面？
邵振洲：我認為機器人實時操作系統對于機器人產品的提升將主要體現在如下方面：
(1) 建立面向多核處理器的機器人操作系統實時架構，使ROS的任務控制周期由原有的10ms量級提高到1ms量級，以滿足機器人的實時控制需求；
(2) 提出適用于機器人多核操作系統的形式化驗證建模的理論方法，建立機器人多核操作系統的形式化驗證定理證明庫，為機器人多核操作系統及應用軟件提供綜合的形式化驗證平臺。
摘自《自動化博覽》2016年9月刊
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