一種基于Proxy的智能機(jī)器人協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

摘要：機(jī)器人中間件技術(shù)逐漸成為復(fù)雜機(jī)器人系統(tǒng)集成領(lǐng)域的熱點(diǎn)。利用LwRTC的代理方法，在分析了構(gòu)建模塊化智能機(jī)器人技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了一種智能機(jī)器人協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊。首先介紹了其總體設(shè)計(jì)需求與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，之后從硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)支持、CAN總線驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、協(xié)議轉(zhuǎn)換等方面詳細(xì)闡述了協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程，最后指出了其Proxy的實(shí)現(xiàn)。
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關(guān)鍵詞：機(jī)器人；Proxy；嵌入式系統(tǒng)；協(xié)議轉(zhuǎn)換
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1．引言
隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，基于功能構(gòu)件的機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)逐漸成為機(jī)器人系統(tǒng)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。功能構(gòu)件技術(shù)的使用，使得機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)由原有的整體構(gòu)建變成積木式搭建，軟硬件部件的復(fù)用降低了機(jī)器人設(shè)計(jì)的門檻，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，為機(jī)器人系統(tǒng)成本降低，技術(shù)更新鋪墊了道路。
中間件是一類設(shè)計(jì)用來(lái)輔助處理分布式系統(tǒng)中復(fù)雜和各異特性的軟件技術(shù)。一般情況下，中間件是位于操作系統(tǒng)層之上、軟件層之下的一個(gè)抽象層，中間件的存在，為上層應(yīng)用的編寫提供了一個(gè)通用的抽象過(guò)的編程模型。中間件提供了一個(gè)比應(yīng)用程序編程接口（API，如Sockets）更高層次的一個(gè)構(gòu)建系統(tǒng)工具。傳統(tǒng)的中間件以以太網(wǎng)協(xié)議和鏈路為基礎(chǔ)，運(yùn)行在中間件平臺(tái)之上的應(yīng)用軟件，在訪問(wèn)構(gòu)件時(shí)，不需要關(guān)心底層的硬件信息，中間件的這種機(jī)制，使得構(gòu)件復(fù)用成為可能，提高了系統(tǒng)組裝的效率，減少重復(fù)開發(fā)的勞動(dòng)，在軟件工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
機(jī)器人系統(tǒng)作為一種工作在復(fù)雜環(huán)境條件下和具有多種時(shí)變實(shí)時(shí)任務(wù)的復(fù)雜系統(tǒng)，領(lǐng)域的交叉導(dǎo)致其模型也較為復(fù)雜。一方面，其在實(shí)現(xiàn)上常需要使用多種實(shí)時(shí)總線接口，以滿足關(guān)鍵的實(shí)時(shí)任務(wù)所面臨的通訊需求；另一方面，由于機(jī)械和控制方面需要，機(jī)器人常使用嵌入式處理模塊作為協(xié)處理器或運(yùn)算單元，這些模塊性能和資源配置通常較差，難以運(yùn)行類似CORBA這類龐大的中間件體系平臺(tái)。面臨這些問(wèn)題，傳統(tǒng)的中間件CORBA、DCOM等在機(jī)器人中的應(yīng)用受到很大限制，機(jī)器人中間件應(yīng)有的實(shí)時(shí)接口也得不到有效支持。為了解決這個(gè)矛盾，日本提出的機(jī)器人使用的中間件RT-Middleware（RTM）。RTM在CORBA上作了大量的精簡(jiǎn)，使用OmniORB作為基礎(chǔ)單元運(yùn)行在X86平臺(tái)。基于RTM平臺(tái)，Yataka等人提出了LwRTC方法[1]，建立RTM的代理來(lái)加入嵌入式模塊構(gòu)件，該方法可以支持使用嵌入式處理模塊。
本文以CAN總線接口為例，利用LwRTC的方法設(shè)計(jì)了一種利用Proxy支持中間件的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，以此為連接嵌入式機(jī)器人模塊提供多種實(shí)時(shí)總線接口的支持。

2．總體結(jié)構(gòu)
如圖1所示，設(shè)計(jì)了基于Proxy的智能機(jī)器人協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，模塊主要包括：實(shí)時(shí)系統(tǒng)部分、Proxy部分、協(xié)議支持部分和CAN接口部分。