CN111698190B - 多机器人的通信方法、机器人及服务器端 - Google Patents

多机器人的通信方法、机器人及服务器端 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多机器人的通信方法、机器人及服务器端，该通信方法包括：每个机器人中的主节点向机器人消息代理发送注册指令；机器人消息代理通过通信通道接口向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息；机器人消息代理通过通信通道接口接收注册转发服务端发送的注册反馈消息。本发明技术方案在每个机器人上设置一个主节点，每个机器人通过主节点分别与服务端进行注册，并分别与服务端构成独立的ROS子系统，即使某个机器人的主节点出现问题，不影响服务端与其余机器人主节点的通信，即使服务端出现宕机，各个独立的ROS子系统只是无法相互通信，不会影响机器人正常的工作。

Description

多机器人的通信方法、机器人及服务器端
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种多机器人的通信方法、机器人及服务器端。
背景技术
ROS(Robot Operating System，下文简称“ROS”)是一个适用于机器人的开源的元操作系统。主要目标是为机器人研究和开发提供代码复用的支持。ROS是一个分布式的进程(也就是“节点”)框架，这些进程被封装在易于被分享和发布的程序包和功能包中。
ROS框架本身需要一个MASTER(主节点)来管理其他节点已达到配置、启动、自检、调试、可视化、登录、测试等功能。对于多个终端通信(多机通讯)，ROS本身提供的方法是设置一个终端IP上为MASTER，其他终端通过设置MASTER_URI将节点注册到统一的MASTER中，通过设置统一MASTER，可以实现不同终端下的数据通信。
但是此通信方法对于MASTER所在终端要求较高，一旦MASTER出现致命错误或者主机需要下线，其他的节点均无法运行，同时发布的数据无法保存或记录，尤其是多机器人场景，ROS系统的鲁棒性较差，同时对于MASTER性能要求很高。
发明内容
本发明的目的在于提供多机器人的通信方法、机器人及服务器端，以解决现有技术中存在的由于设置一个主节点导致该主节点出现故障时其他节点均无法运行的问题。
本发明是这样实现的，本发明第一方面提供一种多机器人的通信方法，所述通信方法包括：
每个机器人中的主节点向机器人消息代理发送注册指令；
所述机器人消息代理通过通信通道接口向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息；
所述机器人消息代理通过所述通信通道接口接收所述注册转发服务端发送的注册反馈消息。
本发明第二方面提供一种机器人，所述机器人包括：
主节点模块，用于向机器人消息代理发送注册指令；
机器人消息代理，用于通过通信通道接口向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息，以及用于通过所述通信通道接口接收所述注册转发服务端发送的注册反馈消息。
本发明第三方面提供一种多机器人的通信方法，所述通信方法包括：
注册转发服务端接收多个机器人发送的注册消息；
所述注册转发服务端周期性向监控节点发送每个机器人的注册消息；
所述注册转发服务端接收到所述监控节点发送的注册反馈信息时，将所述注册反馈信息发送给与其对应的机器人，并停止向所述监控节点发送所述注册反馈信息对应的机器人的注册信息。
本发明第四方面提供一种服务器端，其特征在于，所述服务器端包括注册转发服务端和监控节点；
所述注册转发服务端接收多个机器人发送的注册消息；
所述注册转发服务端周期性向所述监控节点发送每个机器人的注册消息；
所述注册转发服务端接收到所述监控节点发送的注册反馈信息时，将所述注册反馈信息发送给与其对应的机器人，并停止向所述监控节点发送所述注册反馈信息对应的机器人的注册信息。
本发明第五发明提供一种多机器人的通信方法，其特征在于，所述通信方法包括：
每个机器人中的主节点向机器人消息代理发送注册指令；
所述机器人消息代理通过通信通道接口向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息；
所述注册转发服务端周期性向监控节点发送每个机器人的注册消息；
所述注册转发服务端接收到所述监控节点发送的注册反馈信息时，将所述注册反馈信息发送给与其对应的机器人的通信通道接口，并停止向所述监控节点发送所述注册反馈信息对应的机器人的注册信息；
所述机器人消息代理通过所述通信通道接口接收所述注册转发服务端发送的注册反馈消息。
本发明提供一种多机器人的通信方法、机器人及服务器端，该通信方法包括：每个机器人中的主节点向机器人消息代理发送注册指令；机器人消息代理通过通信通道接口向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息；机器人消息代理通过通信通道接口接收注册转发服务端发送的注册反馈消息。本发明技术方案在每个机器人上设置一个主节点，每个机器人通过主节点分别与服务端进行注册，并分别与服务端构成独立的ROS子系统，即使某个机器人的主节点出现问题，不影响服务端与其余机器人主节点的通信，即使服务端出现宕机，各个独立的ROS子系统只是无法相互通信，不会影响机器人正常的工作，避免了现有技术中出现的由于仅设置一个主节点导致该主节点出现故障时其他节点均无法运行的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种多机器人的通信方法的流程图；
图2是本发明实施例一提供的一种多机器人的通信方法的另一流程图；
图3是本发明实施例二提供的一种机器人的结构示意图；
图4是本发明实施例三提供的一种多机器人的通信方法的流程图；
图5是本发明实施例三提供的一种多机器人的通信方法的另一流程图；
图6是本发明实施例三提供的一种多机器人的通信方法的另一流程图；
图7是本发明实施例四提供的一种服务器端的结构示意图；
图8是本发明实施例五提供的一种多机器人的通信方法的流程图；
图9是本发明实施例五提供的一种多机器人的通信方法的工作示意图；
图10是本发明实施例五提供的一种多机器人的通信方法的工作示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本发明实施例一提供一种多机器人的通信方法，如图1所示，通信方法包括：
步骤S10.每个机器人中的主节点向机器人消息代理发送注册指令。
在步骤S10中，在每个机器人上均设置一个主节点，通过该主节点控制机器人向服务器端进行注册和信息传输，机器人消息代理提供需要向外广播的消息、心跳消息、注册消息、注销消息以及接收命令消息，机器人消息代理可以根据主节点的注册指令向服务端发出心跳信息。
步骤S20.机器人消息代理通过通信通道接口向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息。
在步骤S20中，通信通道用于机器人与服务端之间进行信息传输，通信通道接口是指JSON接口，用于建立数据传输通道，机器人消息代理通过通信通道向服务端周期性发送心跳消息进行注册。
步骤S30.机器人消息代理通过通信通道接口接收注册转发服务端发送的注册反馈消息。
在步骤S30中，机器人消息代理接收到服务端发送的注册反馈消息时，完成对机器人的注册。
本发明实施例一提供一种多机器人的通信方法，本发明技术方案在每个机器人上设置一个主节点，每个机器人通过主节点分别与服务端进行注册，并分别与服务端构成独立的ROS子系统，即使某个机器人的主节点出现问题，不影响服务端与其余机器人主节点的通信，即使服务端出现宕机，各个独立的ROS子系统只是无法相互通信，不会影响机器人正常的工作，避免了现有技术中出现的由于仅设置一个主节点导致该主节点出现故障时其他节点均无法运行的问题。
进一步的，当机器人完成在服务端上的注册后，作为一种实施方式，如图2所示，通信方法还包括：
步骤S40.每个机器人中的主节点向机器人消息代理输出信息发送指令。
在步骤S40中，当机器人向服务端发送数据信息时，先通过主节点向机器人消息代理发送指令，使机器人消息代理执行信息发送任务。
步骤S50.机器人消息代理通过通信通道接口向注册转发服务端发送数据信息。
步骤S60.机器人消息代理通过通信通道接口接收注册转发服务端发送的数据信息。
在步骤S50和S60中，与发送注册信息采用的通信通道相同，机器人消息代理通过通信通道接口向注册转发服务端发送数据信息以及接收注册转发服务端发送的数据信息。
本实施方式中，每个机器人通过主节点分别与服务端进行通信，并分别与服务端构成独立的ROS子系统，即使服务端出现宕机，各个独立的ROS子系统只是无法相互通信，不会影响正常的通信，同时，即时某个机器人下线，可以通过其他机器人与服务端进行通信完成任务，确保各个ROS系统协作完成任务。
本发明实施例二提供一种机器人，如图3所示，机器人包括：
主节点101，用于向机器人消息代理102发送注册指令；
机器人消息代理102，用于通过通信通道接口103向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息，以及用于通过通信通道接口103接收注册转发服务端发送的注册反馈消息。
进一步的，主节点101向机器人消息代理102输出信息发送指令；
机器人消息代理102通过通信通道接口103向注册转发服务端发送数据信息；
机器人消息代理102通过通信通道接口103接收注册转发服务端发送的数据信息。
本发明实施例三提供一种多机器人的通信方法，如图4所示，通信方法包括：
步骤S11.注册转发服务端接收多个机器人发送的注册消息。
步骤S21.注册转发服务端周期性向监控节点发送每个机器人的注册消息。
步骤S31.注册转发服务端接收到监控节点发送的注册反馈信息时，将注册反馈信息发送给与其对应的机器人，并停止向监控节点发送注册反馈信息对应的机器人的注册信息。
在上述步骤中，注册转发服务端用于接收机器人的信息，并将机器人的信息发送至监控节点进行注册，并将监控节点发送的信息发送给机器人完成注册，监控节点用于提供注册、分发以及注销等服务，监控节点超过预设时间段没有接收到注册消息时判定该机器人离线，则注销该机器人，注册转发服务端在没有收到信息反馈时周期性发送消息，监控节点发送给注册转发服务端确认注册消息已经收到，注册转发服务收到该消息后不再向监控节点发送注册消息，当机器人端周期心跳停止后，注册转发服务端向监控节点注销机器人，没有收到监控节点确认前周期性发送，监控节点发送给注册转发服务确认注销消息已经收到，注册转发服务收到该消息后不再向监控节点发送注销消息。
本发明实施例三提供一种多机器人的通信方法，服务器端为每一个注册的机器人提供代理，通过注册转发服务端发送至服务器端的监控节点，由监控节点进行统一的主题订阅与发布，即连接到服务端的主节点进行集中管理，确保了连接到服务器端的多个机器人协作完成任务。
进一步的，如图5所示，步骤S31中的将注册反馈信息发送给与其对应的机器人之后还包括：
步骤S32.注册转发服务端接收机器人发送的数据信息时，在数据信息中增加机器人的地址信息，并将修改后的数据信息发送至主服务端。
步骤S33.监控节点监控主服务端并对数据信息进行备份，并将数据信息中的部分或者全部信息发送至网络服务器。
在上述步骤中，当机器人完成注册后，注册转发服务端根据机器人IP生成相应的机器人代理，机器人端消息代理将数据信息发送至注册转发服务段，由机器人代理在接收到已注册机器人的数据信息后，将发布的主题加上下划线和机器人IP地址最后一段，发布到主服务器端，并通过监控节点监控各消息主体状态，部分消息发送给网络服务器显示。
进一步的，如图6所示，步骤S31中的将注册反馈信息发送给与其对应的机器人之后还包括：
步骤S34.主服务端向注册转发服务端发送包括机器人地址信息的数据信息。
步骤S35.注册转发服务端删除机器人地址信息后将数据信息发送至相应的机器人。
在上述步骤中，服务器端主节点反馈数据信息或者控制命令时，通过主服务端到达注册转发服务端，注册转发服务端对消息主题删除后缀，转发到指定机器人，到达机器人端消息代理进行统一处理。
本发明实施例四提供一种服务器端，如图7所示，服务器端包括注册转发服务端104和监控节点105；
注册转发服务端104接收多个机器人发送的注册消息；
注册转发服务端104周期性向监控节点105发送每个机器人的注册消息；
注册转发服务端104接收到监控节点105发送的注册反馈信息时，将注册反馈信息发送给与其对应的机器人，并停止向监控节点105发送注册反馈信息对应的机器人的注册信息。
进一步的，服务器端还包括主服务端106；
注册转发服务端104接收机器人发送的数据信息时，在数据信息中增加机器人的地址信息，并将修改后的数据信息发送至主服务端106；
监控节点105监控主服务端106并对数据信息进行备份，并将数据信息中的部分或者全部信息发送至网络服务器。
进一步的，主服务端106向注册转发服务端104发送包括机器人地址信息的数据信息；
注册转发服务端104删除机器人地址信息后将数据信息发送至相应的机器人。
本发明实施例五提供一种多机器人的通信方法，如图8所示，通信方法包括：
步骤S100.每个机器人中的主节点向机器人消息代理发送注册指令。
步骤S200.机器人消息代理通过通信通道接口向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息。
步骤S300.注册转发服务端周期性向监控节点发送每个机器人的注册消息。
步骤S400.注册转发服务端接收到监控节点发送的注册反馈信息时，将注册反馈信息发送给与其对应的机器人的通信通道接口，并停止向监控节点发送注册反馈信息对应的机器人的注册信息。
步骤S500.机器人消息代理通过通信通道接口接收注册转发服务端发送的注册反馈消息。
下面通过具体的实例对本发明进行具体说明：
如图8和图9所示所示，包括IP为192.168.0.51的机器人端、IP为192.168.0.52的机器人端以及IP为192.168.0.200的服务器端，在机器人端中：
roscore(MASTER)为主节点；
rosBridgeServer为通信通道接口，为非ROS的功能模块提供了一个JSON的接口，用于建立数据传输通道；
ruidbot_GUI为机器人消息代理，提供需要向外广播的消息、心跳消息、注册消息、注销消息以及接收命令消息；
Heatbeat_Message为心跳消息；
INFO_Message为数据消息，在经过注册后，各个机器人的消息都会加上IP后缀以区分不同机器人同主题消息；
robot_proxy_51、robot_proxy_52为机器人注册时，注册转发服务端生成的消息代理，它连接机器人端rosBridgeServer以及服务器端的rosBridgeServer，实现机器人与SERVER端ros构架通信；
Register_robot为通信通道；
monitor为监控节点，负责分发消息，处理注册，注销，并向web端提供数据接口；
roscore为ROS核心，所有ROS节点都需要注册到ROS核心上，即MASTER；
SERVER为主服务器端，即统一管理各机器人的主服务端，为通信的主体；
rosbridge：为没有ROS的功能模块提供了一个JSON的接口，建立通信通道；
rosbridgeServer/Client：rosbridge进行通信时，需要确定服务器端和客户端。
如图9所示，对机器人进行注册与注销：
心跳节点：每个机器人的独立主节点MASTER，建立一个心跳节点ruidbot_GUI，使用ruidbot_GUI通过rosBridgeServer向SERVER端发布心跳消息的，SERVER端通过注册转发服务接收机器人端的消息，这个消息周期性发布，如果服务器长时间没有收到注册消息则可以认为机器人离线，则注销机器人。
心跳反馈：服务器接收到注册信息后向注册机器人发送反馈消息，如果机器人长时间没有收到反馈则可以认为与服务器断连。
注册机器人：注册转发服务向monitor(SERVER端的监控节点)注册机器人，在没有收到monitor确认之前周期性发送。
注册机器人反馈：monitor发送给注册转发服务，确认注册消息已经收到，注册转发服务收到该消息后不再向monitor发送注册消息。
注销机器人：当机器人端周期心跳停止后，注册转发服务向monitor注销机器人，没有收到monitor确认前周期性发送。
注销机器人反馈：monitor发送给注册转发服务，确认注销消息已经收到，注册转发服务收到该消息后不再monitor发送注销消息。
机器人代理：当注册机器人后，注册转发服务根据机器人IP生成相应的机器人代Robot_proxy_51，Robot_proxy_52，独立封装转发消息。
如图10所示，消息封装与转发,：
上行消息，机器人端消息代理Ruidbot_GUI将消息INFO_Message通过RosBridgeServer发布到服务器端，由注册转发服务在接收到已注册机器人的数据信息后，将发布的主题加上下划线和IP地址最后一段，通过主服务端rosBridgeClient(Sever)发布到服务器端的RosBridgeServer中，通过monitor监控各消息主体状态，部分消息发送给Web端显示。
下行消息，即服务器反馈或控制命令，查询命令，通过主服务端rosBridgeClient(Sever)到达注册转发服务，消息主题删除后缀，转发到指定机器人，通过RosBridgeClient(Robot)到达机器人端消息代理Ruidbot_GUI，统一处理。
本发明技术方案解决了ROS系统本身对于多机器人场景的通信管理问题，由于ROS系统的消息是广播发布的，在多机器人场景下，大部分消息是不需要通知其他机器人或管理者的，通过服务器端对消息进行统一管理与精确发布，特定消息只向特定机器人进行主题发布，大大缓解了多机器系统的通信压力。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多机器人的通信方法，其特征在于，所述通信方法包括：
每个机器人中的主节点向机器人消息代理发送注册指令，其中，每个机器人上设置一个主节点，每个机器人通过主节点分别与服务端进行注册，并分别与服务端构成独立的ROS子系统，每个机器人的主节点建立一个心跳节点，使心跳节点通过通信通道接口向注册转发服务端发布心跳消息，当注册机器人时，注册转发服务端根据机器人IP生成相应的机器人消息代理，连接机器人端通信通道接口以及服务器端的通信通道接口，实现机器人与服务器端ros构架通信；
所述机器人消息代理通过通信通道接口向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息；
所述机器人消息代理通过所述通信通道接口接收所述注册转发服务端发送的注册反馈消息。
2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于：所述机器人消息代理通过所述通信通道接口接收所述注册转发服务端发送的注册反馈消息之后还包括：
每个机器人中的主节点向机器人消息代理输出信息发送指令；
所述机器人消息代理通过所述通信通道接口向所述注册转发服务端发送数据信息；
所述机器人消息代理通过所述通信通道接口接收所述注册转发服务端发送的数据信息。
3.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括：
主节点，用于向机器人消息代理发送注册指令，其中，每个机器人上设置一个主节点，每个机器人通过主节点分别与服务端进行注册，并分别与服务端构成独立的ROS子系统，每个机器人的主节点建立一个心跳节点，使心跳节点通过通信通道接口向注册转发服务端发布心跳消息，当注册机器人时，注册转发服务端根据机器人IP生成相应的机器人消息代理，连接机器人端通信通道接口以及服务器端的通信通道接口，实现机器人与服务器端ros构架通信；
机器人消息代理，用于通过通信通道接口向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息，以及用于通过所述通信通道接口接收所述注册转发服务端发送的注册反馈消息。
4.一种多机器人的通信方法，其特征在于，所述通信方法包括：
注册转发服务端接收多个机器人发送的注册消息；
所述注册转发服务端周期性向监控节点发送每个机器人的注册消息；
所述注册转发服务端接收到所述监控节点发送的注册反馈信息时，将所述注册反馈信息发送给与其对应的机器人，并停止向所述监控节点发送所述注册反馈信息对应的机器人的注册信息；
每个机器人上设置一个主节点，每个机器人通过主节点分别与服务端进行注册，并分别与服务端构成独立的ROS子系统，每个机器人的主节点建立一个心跳节点，使心跳节点通过通信通道接口向注册转发服务端发布心跳消息，当机器人注册时，所述注册转发服务端生成与机器人对应的消息代理，所述消息代理连接机器人端通信通道接口以及所述注册转发服务端通信通道接口，实现机器人与所述注册转发服务端进行ros构架通信。
5.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于：所述将所述注册反馈信息发送给与其对应的机器人之后还包括：
所述注册转发服务端接收所述机器人发送的数据信息时，在所述数据信息中增加所述机器人的地址信息，并将修改后的数据信息发送至主服务端；
所述监控节点监控所述主服务端并对所述数据信息进行备份，并将所述数据信息中的部分或者全部信息发送至网络服务器。
6.根据权利要求4所述的通信方法，其特征在于：所述将所述注册反馈信息发送给与其对应的机器人之后还包括：
主服务端向所述注册转发服务端发送包括机器人地址信息的数据信息；
所述注册转发服务端删除所述机器人地址信息后将所述数据信息发送至相应的机器人。
7.一种服务器端，其特征在于，所述服务器端包括注册转发服务端和监控节点；
所述注册转发服务端接收多个机器人发送的注册消息；
所述注册转发服务端周期性向所述监控节点发送每个机器人的注册消息；
所述注册转发服务端接收到所述监控节点发送的注册反馈信息时，将所述注册反馈信息发送给与其对应的机器人，并停止向所述监控节点发送所述注册反馈信息对应的机器人的注册信息；
每个机器人上设置一个主节点，每个机器人通过主节点分别与服务端进行注册，并分别与服务端构成独立的ROS子系统，每个机器人的主节点建立一个心跳节点，使心跳节点通过通信通道接口向注册转发服务端发布心跳消息，当机器人注册时，所述注册转发服务端生成与机器人对应的消息代理，所述消息代理连接机器人以及所述注册转发服务端，实现机器人与所述注册转发服务端进行ros构架通信，注册转发服务端生成的消息代理连接机器人端通信通道接口以及服务器端的通信通道接口，实现机器人与服务端ros构架通信。
8.根据权利要求7所述的服务器端，其特征在于：所述服务器端还包括主服务端；
所述注册转发服务端接收所述机器人发送的数据信息时，在所述数据信息中增加所述机器人的地址信息，并将修改后的数据信息发送至所述主服务端；
所述监控节点监控所述主服务端并对所述数据信息进行备份，并将所述数据信息中的部分或者全部信息发送至网络服务器。
9.根据权利要求8所述的服务器端，其特征在于：所述主服务端向所述注册转发服务端发送包括机器人地址信息的数据信息；
所述注册转发服务端删除所述机器人地址信息后将所述数据信息发送至相应的机器人。
10.一种多机器人的通信方法，其特征在于，所述通信方法包括：
每个机器人中的主节点向机器人消息代理发送注册指令，其中，每个机器人上设置一个主节点，每个机器人通过主节点分别与服务端进行注册，并分别与服务端构成独立的ROS子系统；
所述机器人消息代理通过通信通道接口向服务器端中的注册转发服务端周期性发送注册消息；
所述注册转发服务端周期性向监控节点发送每个机器人的注册消息；
所述注册转发服务端接收到所述监控节点发送的注册反馈信息时，将所述注册反馈信息发送给与其对应的机器人的通信通道接口，并停止向所述监控节点发送所述注册反馈信息对应的机器人的注册信息；
所述机器人消息代理通过所述通信通道接口接收所述注册转发服务端发送的注册反馈消息；
每个机器人的主节点建立一个心跳节点，使心跳节点通过通信通道接口向注册转发服务端发布心跳消息，当机器人注册时，所述注册转发服务端生成与机器人对应的消息代理，所述消息代理连接机器人端的通信通道接口以及所述注册转发服务端的通信通道接口，实现机器人与所述注册转发服务端进行ros构架通信。
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