CN106452679A - 一种机器人开发系统及其通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机器人开发系统的通信方法，包括用户侧通信、传感单元通信、动作执行单元通信，用户侧通信用于传输交互单元发出的指令至主控单元；传感单元通信用于传输主控单元处理后的指令至传感单元；动作执行单元通信用于传输主控单元处理后的指令至动作执行单元。本发明一种机器人开发系统充分结合数据校验与优先权设置的通信方式的优势，确保通信可靠性与数据传输稳定性。

Description

一种机器人开发系统及其通信方法
技术领域
本发明涉及机器人开发领域，具体涉及一种机器人开发系统及其通信方法。
背景技术
在无线传输领域，各个设备主体之间需要通过无线通信来传输各种数据来实现相互之间的通信，协调动作，完成预先设定的各种功能。在传输的过程中由于环境，设备自身硬件，数据传输的频率和数据量多少的影响，往往会在传输的过程中出现传输数据错误或者传输的数据丢失，导致设备之间通信错误，出现故障无法正常工作，更严重的会导致人身安全。目前很多设备的无线通信传输协议比较简单，通信功能可靠性低，不适用于要求比较高的场合。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种机器人开发系统及其通信方法，本发明通信可靠性高，传输稳定性高。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种机器人开发系统的通信方法，包括用户侧通信、传感单元通信、动作执行单元通信，用户侧通信用于传输交互单元发出的指令至主控单元，经过主控单元处理后通过所述的用户侧通信将指令反馈信息传输回交互单元；传感单元通信用于传输主控单元处理后的指令至传感单元，传感单元感应后通过所述的传感单元通信将传感反馈信息传输回主控单元；动作执行单元通信用于传输主控单元处理后的指令至动作执行单元，动作执行单元执行动作后通过所述的动作执行单元通信将执行动作反馈信息传输回主控单元。
进一步的，所述的用户侧通信的传输方式包括无线透传。
进一步的，所述的用户侧通信包括数据发送、数据接收，所述的用户侧通信以用户侧数据包传输，所述的用户侧数据包格式为帧头+机器代号+指令类型+数据长度+子命令+子命令数据+校验帧+帧尾。
进一步的，所述的数据发送流程如下：交互单元发送用户侧数据包，主控单元等待应答标志，等待超时请求交互单元重新发送用户侧数据包，主控单元收到应答标志(即帧尾)后，并进行用户侧数据包数据校验，用户侧数据包有误请求交互单元重新发送用户侧数据包，用户侧数据包无误，返回应答标志至主控单元，数据发送结束。
进一步的，所述的数据接收步骤如下：
等待接收，等待用户侧数据包数据接收；
帧头校验，无误后开始接收并保存用户侧数据包，有误则继续等待；
接收数据，接收并保存用户侧数据包；
帧尾校验，以接收到正确的帧尾结束用户侧数据包的接收；
数据校验，检验用户侧数据包里所包含的数据长度和校验帧，判断用户侧数据包所包含的数据是否正确，数据正确返回应答正确标志，否则返回应答错误标志。
进一步的，所述的传感单元通信采用总线通信协议进行传输。
进一步的，所述的总线通信协议设有发送优先权控制，所述的传感单元发送所述的传感反馈信息与主控单元发送指令同时进行时，总线优先响应所述的发送优先权级别高的主控单元，发送优先权级别低的传感单元放弃发送转为接收发送优先权级别高的主控单元发送的指令；多个所述的传感单元发送所述的传感反馈信息时，总线优先响应所述的发送优先权级别高的传感单元，优先权级别高的传感单元发送传感反馈信息至主控单元，发送优先权级别低的传感单元放弃发送转为接收主控单元发送的指令。
进一步的，所述的传感单元通信以传感数据包传输；所述的传感数据包格式为传感数值A+传感数值B+故障位+优先权位+指令+预留位A+传感预留位B+传感预留位C。
进一步的，所述的动作执行单元通信采用总线通信协议进行传输。
进一步的，所述的总线通信协议设有发送优先权控制，所述的动作执行单元发送所述的执行动作反馈信息与主控单元发送指令同时进行时，总线优先响应所述的发送优先权级别高的主控单元，发送优先权级别低的动作执行单元放弃发送转为接收发送优先权级别高的主控单元发送的指令；多个所述的动作执行单元发送所述的执行动作反馈信息时，总线优先响应所述的发送优先权级别高的动作执行单元，优先权级别高的动作执行单元发送执行动作反馈信息至主控单元，发送优先权级别低的动作执行单元放弃发送转为接收主控单元发送的指令。
进一步的，所述的动作执行单元通信以动作执行数据包传输；所述的动作执行数据包格式为动作执行数值A+动作执行数值B+动作执行数值C+优先权位+故障位+指令+动作执行预留位A+动作执行预留位B。
一种机器人开发系统，包括主控单元、传感单元、动作执行单元、交互单元，所述的传感单元、动作执行单元、交互单元由主控单元控制；用户通过所述的交互单元输入指令至主控单元，传感单元感应外部信号传输至主控单元，主控单元处理并生成控制所述的动作执行单元的指令，所述的动作执行单元执行指令。
进一步的，所述的机器人开发系统还包括特殊执行单元；所述的特殊执行单元、传感单元、动作执行单元、交互单元内都设有反馈单元；所述的反馈单元与主控单元连接，为主控单元提供反馈信息。
进一步的，所述的交互单元包括PC端交互、移动端交互、动作模拟器交互；所述的PC端交互、移动端交互都与云服务器连接；所述的交互单元与主控单元的传输方式采用无线透传；所述的移动端交互包括语音交互、智能模块、动作识别交互、人脸表情识别交互、动作模拟交互。
本发明的有益效果是:本发明提供一种机器人开发系统的通信方法，包括用户侧通信、传感单元通信、动作执行单元通信，用户侧通信用于传输交互单元发出的指令至主控单元；传感单元通信用于传输主控单元处理后的指令至传感单元；动作执行单元通信用于传输主控单元处理后的指令至动作执行单元。本发明一种机器人开发系统充分结合数据校验与优先权设置的通信方式的优势，确保通信可靠性与数据传输稳定性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的一种机器人开发系统架构示意图；
图2是本发明的用户侧通信数据发送流程示意图；
图3是本发明的用户侧通信数据接收流程示意图；
图4是本发明的传感单元通信结构示意图；
图5是本发明的动作执行单元通信结构示意图；
图6是本发明的传感单元通信流程示意图；
图7是本发明的动作执行单元通信流程示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
参照图1-7所示，一种机器人开发系统的通信方法，包括用户侧通信、传感单元通信、动作执行单元通信，如图1所示，用户侧通信用于传输交互单元发出的指令至主控单元，经过主控单元处理后通过所述的用户侧通信将指令反馈信息传输回交互单元；传感单元通信用于传输主控单元处理后的指令至传感单元，传感单元感应后通过所述的传感单元通信将传感反馈信息传输回主控单元；动作执行单元通信用于传输主控单元处理后的指令至动作执行单元，动作执行单元执行动作后通过所述的动作执行单元通信将执行动作反馈信息传输回主控单元。
优选地，用户侧通信的传输方式为无线透传或wifi传输或蓝牙传输。
用户侧通信包括数据发送、数据接收，用户侧通信以用户侧数据包传输，如表1所示，用户侧数据包格式为帧头+机器代号+指令类型+数据长度+子命令+子命令数据+校验帧+帧尾。
表1
用户侧数据包格式说明：
(1)帧头，用两个字节表示,分别是0xfe、0xef；
(2)机器代号，不同的设备，定义不同的代号来区分；
(3)指令类型，用于表示这个数据包所要执行的功能，可以自行定义；
(4)数据长度，除去帧头，帧尾四个字节后的数据长度；
(5)子命令，指令类型下面的子命令类，即二级命令；
(6)子数据，传输的用户侧数据；
(7)校验帧，采用CRC校验，帧头后到CRC校验值前的数据经CRC计算后的结果值。
(8)帧尾，用两个字节表示,分别是0xfd、0xdf。
如图2所示，数据发送根据交互单元的发送请求，按照用户侧数据包格式将数据组成一串数据包，并把该串数据包通过无线发送出去，等待应答标志接收，开启等待应答超时计数。若超时计数完成未收到应答标志或者收到的应答标志错误则重新发送数据，若接收应答标志正确，且未超时，则结束本次发送。
如图3所示，数据接收端接收到第一个字节后判断该字节是否是0xfe，如果是则继续接收第二个字节，判断第二个字节是0xef，帧头正确，开始保存后面收到的有效数据，并记录接收的数据长度。当接收到的数据是0xfd，且下一个收到的数据是0xdf时，表示收到帧尾，该数据包结束，比较数据包里的长度值和接收记录的长度值是否相等，如果不相等，说明数据在发送过程中有丢失，该数据包的数据有误，不能使用。如果两者长度相等则表明数据包长度正确，再通过CRC计算校验值，把计算的校验值和数据包里的CRC校验值对比，若相等，说明数据正确，若不等，说明数据在发送过程中由于其他原因出错，该数据包不可用，请求重新发送。若收到的数据经过检验正确则返回正确的应答标志，反之返回错误的应答标志，请求发送端重新发送数据，确保每一次通信的数据都是正确的。
表2中为指令类型。
表2
表3中为子命令类型。
表3
优选地，传感单元通信采用总线通信协议进行传输。传感单元中定义一个数据结构体struct{data1；data2；data3；data4；data5；data6；data7；data8}；数据结构体里面有8个字节的数据分别为传感数值A+传感数值B+故障位+优先权位+指令+预留位A+传感预留位B+传感预留位C，在不同的传感单元中，每个字节所表示的意义也有所不同：
(1)声呐传感器：data1字节表示声呐测量的距离；data2字节表示声呐的电流；data3字节表示声呐模块的故障信息；data4表示声呐模块的ID；data5表示命令，data6，data7，data8预留。
(2)视频传感器：data1字节表示图像的颜色；data2字节表示图像的亮度；data3字节表示视频模块的故障信息；data4表示视频模块的ID；data5表示命令，data6，data7，data8预留。
(3)超声波测距传感器：data1字节表示实测距离的高8位；data2字节表示表示实测距离的低8位；data3字节表示超声波模块的故障信息；data4表示超声波模块的ID；data5表示命令，data6，data7，data8预留。
(4)红外测距传感器：data1字节表示实测距离的高8位；data2字节表示表示实测距离的低8位；data3字节表示红外模块的故障信息；data4表示红外模块的ID；data5表示命令，data6，data7，data8预留。
(5)温湿度检测传感器：data1字节表示测量温度值；data2字节表示表示测量湿度值；data3字节表示温湿度模块的故障信息；data4表示温湿度模块的ID；data5表示命令，data6，data7，data8预留。
优选地，动作执行单元通信采用总线通信协议进行传输。动作执行单元中定义一个数据结构体struct{data1；data2；data3；data4；data5；data6；data7；data8}；数据结构体里面有8个字节的数据分别为动作执行数值A+动作执行数值B+动作执行数值C+优先权位+故障位+指令+动作执行预留位A+动作执行预留位B，在不同的动作执行单元中，每个字节所表示的意义也有所不同：
(1)舵机执行模块：data1表示舵机的角度；data2表示舵机的速度；data3表示舵机的电流；data4表示舵机模块的ID；data5表示命令，data6表示舵机的故障信息，data7，data8预留。
(2)伺服电机执行模块：data1表示伺服电机的角度；data2表示伺服电机的速度；data3表示伺服电机的电流；data4表示伺服电机模块ID；data5表示命令，data6表示伺服电机的故障信息，data7，data8预留。
(3)步进电机模块：data1表示步进电机的角度；data2表示步进电机的速度；data3表示步进电机的电流；data4表示步进电机模块的ID；data5表示命令，data6表示步进电机的故障信息，data7，data8预留。
如图4-7所示，在总线空闲时，所有的动作执行单元(传感单元)都可以发送数据，最先访问的先获得控制权。在总线协议中，所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时，所有与总线相连的动作执行单元(传感单元)都可以开始发送新消息。两个以上的动作执行单元(传感单元)同时开始发送消息时，根据标识符ID决定优先级。ID并不是表示发送的目的地址，而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时，对各消息ID的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜(被判定为优先级最高)的单元可继续发送消息，仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。当主控单元与动作执行单元(传感单元)同时发送信息时，主控单元发送优先权最高，动作执行单元(传感单元)停止发送，转而进入接收主控单元发送的指令状态，判断指令ID是不是本动作执行单元(传感单元)的ID,是则接收指令数据，否则放弃指令接收。当多个动作执行单元(传感单元)同时发送信息时，对各消息ID的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜(被判定为优先级最高)的动作执行单元(传感单元)可继续发送反馈信息给主控单元，仲裁失利的动作执行单元(传感单元)则立刻停止发送而进入接收状态，接收主控单元发送的指令。
总线可以判断出错误的类型是总线上暂时的数据错误(如外部噪声等)还是持续的数据错误(如单元内部故障、驱动器故障、断线等)。由此功能，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去。总线是可同时连接多个单元的总线。可连接的单元总数理论上是没有限制的。但实际上可连接的单元数受总线上的时间延迟及电气负载的限制。降低通信速度，可连接的单元数增加；提高通信速度，则可连接的单元数减少。
通信时主动作执行单元(传感单元)按结构体定义的数据包，通过总线的通信方式，把数据传输至总线上，挂载在总线上的从动作执行单元(传感单元)的总线过滤器会自动识别该数据帧里包含的ID非主动作执行单元(传感单元)，该数据包会被过滤掉，不再接收后面的数据。如果过滤器识别出该帧数据ID是本主动作执行单元(传感单元)，则接收整帧数据，解析数据包里的命令功能，从动作执行单元(传感单元)根据命令码和数据执行相应的动作，并把反馈信息需要反馈给主控单元。
如图1所示，一种机器人开发系统，包括主控单元、传感单元、动作执行单元、交互单元，传感单元、动作执行单元、交互单元由主控单元控制；用户通过所述的交互单元输入指令至主控单元，传感单元感应外部信号传输至主控单元，主控单元处理并生成控制所述的动作执行单元的指令，所述的动作执行单元执行指令。
优选地，所述的传感单元、动作执行单元、交互单元内都设有反馈单元；所述的反馈单元与主控单元连接，为主控单元提供反馈信息。
优选地，所述的交互单元包括PC端交互、移动端交互、动作模拟器交互；所述的PC端交互、移动端交互都与云服务器连接；所述的交互单元与主控单元的传输方式采用无线透传；所述的移动端交互包括语音交互、智能模块、动作识别交互、人脸表情识别交互、动作模拟交互。
优选地，特殊动作执行模块包括水下沉浮模块、水下壁障模块,水下沉浮模块、水下壁障模块的通信方法也采用动作执行单元通信。
本发明提供一种机器人开发系统的通信方法，包括用户侧通信、传感单元通信、动作执行单元通信，用户侧通信用于传输交互单元发出的指令至主控单元；传感单元通信用于传输主控单元处理后的指令至传感单元；动作执行单元通信用于传输主控单元处理后的指令至动作执行单元。本发明一种机器人开发系统充分结合数据校验与优先权设置的通信方式的优势，确保通信可靠性与数据传输稳定性。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种机器人开发系统的通信方法，包括用户侧通信、传感单元通信、动作执行单元通信，其特征在于：用户侧通信用于传输交互单元发出的指令至主控单元，经过主控单元处理后通过所述的用户侧通信将指令反馈信息传输回交互单元；传感单元通信用于传输主控单元处理后的指令至传感单元，传感单元感应后通过所述的传感单元通信将传感反馈信息传输回主控单元；动作执行单元通信用于传输主控单元处理后的指令至动作执行单元，动作执行单元执行动作后通过所述的动作执行单元通信将执行动作反馈信息传输回主控单元。
2.根据权利要求1所述的一种机器人开发系统的通信方法，其特征在于：所述的用户侧通信的传输方式包括无线透传。
3.根据权利要求1所述的一种机器人开发系统的通信方法，其特征在于：所述的用户侧通信包括数据发送、数据接收，所述的用户侧通信以用户侧数据包传输，所述的用户侧数据包格式为帧头+机器代号+指令类型+数据长度+子命令+子命令数据+校验帧+帧尾。
4.根据权利要求3所述的一种机器人开发系统的通信方法，其特征在于，所述的数据发送流程如下：交互单元发送用户侧数据包，主控单元等待应答标志，等待超时请求交互单元重新发送用户侧数据包，主控单元收到应答标志(即帧尾)后，并进行用户侧数据包数据校验，用户侧数据包有误请求交互单元重新发送用户侧数据包，用户侧数据包无误，返回应答标志至主控单元，数据发送结束。
5.根据权利要求3所述的一种机器人开发系统的通信方法，其特征在于，所述的数据接收步骤如下：
等待接收，等待用户侧数据包数据接收；
帧头校验，无误后开始接收并保存用户侧数据包，有误则继续等待；
接收数据，接收并保存用户侧数据包；
帧尾校验，以接收到正确的帧尾结束用户侧数据包的接收；
数据校验，检验用户侧数据包里所包含的数据长度和校验帧，判断用户侧数据包所包含的数据是否正确，数据正确返回应答正确标志，否则返回应答错误标志。
6.根据权利要求1所述的一种机器人开发系统的通信方法，其特征在于：所述的传感单元通信采用总线通信协议进行传输。
7.根据权利要求6所述的一种机器人开发系统的通信方法，其特征在于：所述的总线通信协议设有发送优先权控制，所述的传感单元发送所述的传感反馈信息与主控单元发送指令同时进行时，总线优先响应所述的发送优先权级别高的主控单元，发送优先权级别低的传感单元放弃发送转为接收发送优先权级别高的主控单元发送的指令；多个所述的传感单元发送所述的传感反馈信息时，总线优先响应所述的发送优先权级别高的传感单元，优先权级别高的传感单元发送传感反馈信息至主控单元，发送优先权级别低的传感单元放弃发送转为接收主控单元发送的指令。
8.根据权利要求1所述的一种机器人开发系统的通信方法，其特征在于：所述的传感单元通信以传感数据包传输；所述的传感数据包格式为传感数值A+传感数值B+故障位+优先权位+指令+预留位A+传感预留位B+传感预留位C。
9.根据权利要求1所述的一种机器人开发系统的通信方法，其特征在于：所述的动作执行单元通信采用总线通信协议进行传输。
10.根据权利要求9所述的一种机器人开发系统的通信方法，其特征在于：所述的总线通信协议设有发送优先权控制，所述的动作执行单元发送所述的执行动作反馈信息与主控单元发送指令同时进行时，总线优先响应所述的发送优先权级别高的主控单元，发送优先权级别低的动作执行单元放弃发送转为接收发送优先权级别高的主控单元发送的指令；多个所述的动作执行单元发送所述的执行动作反馈信息时，总线优先响应所述的发送优先权级别高的动作执行单元，优先权级别高的动作执行单元发送执行动作反馈信息至主控单元，发送优先权级别低的动作执行单元放弃发送转为接收主控单元发送的指令。
11.根据权利要求1所述的一种机器人开发系统的通信方法，其特征在于：所述的动作执行单元通信以动作执行数据包传输；所述的动作执行数据包格式为动作执行数值A+动作执行数值B+动作执行数值C+优先权位+故障位+指令+动作执行预留位A+动作执行预留位B。
12.根据权利要求1至11其中之一所述的一种机器人开发系统，包括主控单元、传感单元、动作执行单元、交互单元，其特征在于：所述的传感单元、动作执行单元、交互单元由主控单元控制；用户通过所述的交互单元输入指令至主控单元，传感单元感应外部信号传输至主控单元，主控单元处理并生成控制所述的动作执行单元的指令，所述的动作执行单元执行指令。
13.根据权利要求12所述的一种机器人开发系统，其特征在于：所述的机器人开发系统还包括特殊执行单元；所述的特殊执行单元、传感单元、动作执行单元、交互单元内都设有反馈单元；所述的反馈单元与主控单元连接，为主控单元提供反馈信息。
14.根据权利要求12所述的一种机器人开发系统，其特征在于：所述的交互单元包括PC端交互、移动端交互、动作模拟器交互；所述的PC端交互、移动端交互都与云服务器连接；所述的交互单元与主控单元的传输方式采用无线透传；所述的移动端交互包括语音交互、智能模块、动作识别交互、人脸表情识别交互、动作模拟交互。
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