CN103324173B - 基于中间件的多异构机器人协作方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于中间件的多异构机器人协作方法，以层次化的结构来开发和管理多机器人协作系统，主要由多异构机器人系统、机器人管理器和任务规划器三个部分组成,其中：多异构机器人系统由多个通过中间件技术封装的机器人组成，该系统通过结构化的接口定义，实现多个机器人之间的动态通信和协作；任务规划器是将用户的抽象指令转换成机器人可以执行的任务序列，并根据任务执行的情况，实时地修改规划的结果；机器人管理器是将任务规划器生成的任务下发至相应的机器人执行，再将机器人的执行状态和结构反馈给任务规划器。本发明基于中间件技术设计和开发多机异构器人系统，不仅显著地提高了开发效率，还有效地增加了系统的鲁棒性和可扩展性。

Description

基于中间件的多异构机器人协作方法
技术领域
本发明涉及多机器人领域，尤其是涉及一种基于中间件技术实现的多异构机器人协作方法。
背景技术
随着机器人技术的广泛应用以及任务复杂度的提高，多机器人系统越来越受人关注。多机器人系统不单指协作完成任务的多个同种类型的机器人系统，也包括异构的通过彼此互补的能力完成复杂任务的机器人系统。因此，在多机器人系统中不同的机器人的软硬件平台可能存在巨大差异，也就是说硬件结构、处理器、操作系统、编程语言和控制方法等等都各不相同。这要求在硬件上层建立一个抽象的数据信息库，将每一个机器人封装为具有统一形式的接口给上层的任务规划等模块调用。其次，多机器人系统需要具有可扩展性，并且各机器人能实时动态地加入和离开系统。
中国发明专利（授权公告号CN101917464B，授权日期2013.5.8，专利名称为：一种网络化多机器人系统），阐述了一种网络化多机器人系统，通过无线网络将多机器人系统与控制台和服务器连接，进行信息交互。中国发明专利（公开号CN101953172A，公开日期2011.1.19，专利名称为：分布式多机器人系统），利用一个管理器来帮助多个机器人生成所使用的数据、指令和彼此的通信。检索国内外专利等文献发现，尚没有针对异构机器人的协作问题，利用中间件技术来简化开发过程、提高系统可靠度和工作效率的方法。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于中间件的多异构机器人协作方法，本发明基于中间件技术，设计和开发多机异构器人系统，这样不仅显著地提高了开发效率，还有效地增加了系统的鲁棒性和可扩展性。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于中间件的多异构机器人协作方法，该方法以层次化的结构来开发和管理多机器人协作系统，主要可以分为：多异构机器人系统、机器人管理器和任务规划器三个部分，其中：
多异构机器人系统由多个通过中间件技术封装的机器人组成，该系统通过结构化的接口定义，实现多个机器人之间的动态通信和协作；
任务规划器是将用户的抽象指令转换成机器人可以执行的任务序列，并根据任务执行的情况，实时地修改规划的结果；
机器人管理器是将任务规划器生成的任务下发至相应的机器人执行，再将机器人的执行状态和结构反馈给任务规划器。
所述的机器人管理器由六个模块构成：
-组件管理模块，用于从机器人的接口读取机器人组件的信息，如机器人的名称、机器人当前状态等等，并且该模块还负责对机器人生命周期的控制，可以实时地激活、停止、重启各个机器人；
-接口管理模块，用于读取机器人的接口名称、接口类型、提供的服务等等，并通过这些接口获取数据和服务；
-状态分析模块，从组件管理模块和接口管理模块取得机器人信息和接口信息，分析当前任务执行状态，提供给执行控制模块；
-任务解析模块，处理任务规划器的规划结果，并发送给执行控制模块；
-错误处理模块，分析任务执行的状态和结果，如果出现错误，将错误信息发送给任务规划器；
-执行控制模块，此模块是机器人管理器的核心。首先它根据任务解析模块生成的任务序列，对时间和资源优化而产生任务执行策略。其次它从状态分析模块获得当前的系统状态，再结合任务执行策略，通过接口管理模块下发任务执行指令，再次它从组件管理模块获取机器人信息，实时地将问题机器人的信息发送到错误处理模块，并重置该机器人。
所述的任务规划器，通过智能规划的方法，将用户的抽象指令转换成机器人系统可以执行的任务序列。并根据任务执行的情况，实时地修改规划的结果。
优选地，所述的异构机器人系统即可以包含同种类型的机器人，也可以包含完全异构的机器人。特别对于一个开发团队，机器人的开发是模块化的，新的机器人的加入，不会对原来的机器人系统产生任何不良影响，对单个机器人的修改，也不会影响其他机器人。
优选地，根据所述的多异构机器人协作方法，机器人之间，机器人与机器人管理器之间都是通过无线网络通信。
所述机器人管理器还提供了人机交互界面，并且机器人信息通过因特网发送到服务器，实现了远程监视和控制。
所述的结构化的接口分为命令接口和数据接口，命令接口分为提供命令接口和调用命令接口；数据接口分为数据发送接口和数据接收接口。
本发明的有益效果如下：
本发明的多个异构机器人系统由多个软硬件平台相异的机器人构成。为屏蔽平台的相异性，方便机器人之间的动态通信和协作，每个机器人通过中间件技术，被封装成统一的结构，对外提供结构化的通信接口。从而提高了软件的可重用性、任务执行的鲁棒性和系统的可扩展性。
附图说明
图1是本发明的基于中间件技术实现的多异构机器人系统组成图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案做进一步详细的说明。
本发明的整体构架如图1所示，由任务规划器1、机器人管理器2和多异构机器人系统3三个部分组成。
用户通过人机界面发送指令，任务规划器1将用户的抽象指令转换成机器人系统可以执行的任务序列，并根据任务执行的情况，实时地修改规划结果。
机器人管理器2包括组件管理模块20、接口管理模块21、状态分析模块22、任务解析模块23、错误处理模块24和执行控制模块25。其主要负责将任务规划器1生成的任务下发至相应的机器人执行，再将机器人的执行状态和结构反馈给任务规划器1。
多异构机器人系统3由多个通过中间件技术封装的机器人组成。每一个机器人4所完成的功能不同，软硬件平台等等方面的差异巨大，通过中间件5，每个机器人以结构化的接口的形式与外界通信。这些接口分为两种，一种是命令接口6，一种是数据接口。命令接口是指去调用和提供服务的接口，其中提供服务的接口叫做提供命令接口7，调用别的机器人的服务的接口叫做调用命令接口8。数据接口分为数据发送接口9和数据接收接口10，分别负责数据的接收和发送。通过这些结构化的接口定义，一个机器人不需要关心别的机器人的功能的实现方法，而只要知道该机器人的接口定义，就能方便地使用他的功能。
多异构机器人系统3既可以由多个同种机器人组成，也可以由异构机器人组成。如双足仿人机器人、轮式机器人、机械臂，甚至是单个传感器这样的机器人组件。
依据本发明所说明的方法，构建的多异构机器人协作系统具有结构清晰、可重用、高鲁棒性、易于扩展等特点。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种基于中间件的多异构机器人协作方法，其特征在于，该方法以层次化的结构来开发和管理多机器人协作系统，主要由多异构机器人系统、机器人管理器和任务规划器三个部分组成，其中：
多异构机器人系统由多个通过中间件技术封装的机器人组成，该系统通过结构化的接口定义，实现多个机器人之间的动态通信和协作；
任务规划器是将用户的抽象指令转换成机器人可以执行的任务序列，并根据任务执行的情况，实时地修改规划的结果；
机器人管理器是将任务规划器生成的任务下发至相应的机器人执行，再将机器人的执行状态和结构反馈给任务规划器；
所述的机器人管理器包括组件管理模块、接口管理模块、状态分析模块、任务解析模块、错误处理模块和执行控制模块；其中：
组件管理模块，用于从机器人的接口读取机器人组件的信息，并且该模块还负责对机器人生命周期的控制，能够实时地激活、停止、重启各个机器人；
接口管理模块，用于读取机器人的接口信息，并通过这些接口获取数据和服务；
状态分析模块，从组件管理模块和接口管理模块取得机器人信息和接口信息，分析当前任务执行状态，提供给执行控制模块；
任务解析模块，处理任务规划器的规划结果，并发送给执行控制模块；
错误处理模块，分析任务执行的状态和结果，如果出现错误，将错误信息发送给任务规划器；
执行控制模块，是机器人管理器的核心，首先它根据任务解析模块生成的任务序列，对时间和资源优化而产生任务执行策略；然后它从状态分析模块获得当前的系统状态，再结合任务执行策略，通过接口管理模块下发任务执行指令；接着它从组件管理模块获取机器人信息，实时地将问题机器人的信息发送到错误处理模块，并重置该机器人。
2.根据权利要求1所述的基于中间件的多异构机器人协作方法，其特征在于，所述的多异构机器人系统包含同种类型的机器人或者包含完全异构的机器人。
3.根据权利要求1所述的基于中间件的多异构机器人协作方法，其特征在于，所述的机器人之间，机器人与机器人管理器之间都是通过无线网络通信。
4.根据权利要求1所述的基于中间件的多异构机器人协作方法，其特征在于，所述的机器人管理器还提供人机交互界面，并且机器人信息通过因特网发送到服务器，实现远程监视和控制。
5.根据权利要求1所述的基于中间件的多异构机器人协作方法，其特征在于，所述的结构化的接口分为命令接口和数据接口，命令接口分为提供命令接口和调用命令接口；数据接口分为数据发送接口和数据接收接口。
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