一种基于Proxy的智能机器人协议转换模块设计

一种基于Proxy的智能机器人协议转换模块设计

摘要：机器人中间件技术逐渐成为复杂机器人系统集成领域的热点。利用LwRTC的代理方法，在分析了构建模块化智能机器人技术的基础上，实现了一种智能机器人协议转换模块。首先介绍了其总体设计需求与设计结构，之后从硬件系统设计、实时系统支持、CAN总线驱动设计、协议转换等方面详细阐述了协议转换模块的设计过程，最后指出了其Proxy的实现。
 
关键词：机器人；Proxy；嵌入式系统；协议转换
 
1．引言
随着机器人技术的不断发展，基于功能构件的机器人体系结构逐渐成为机器人系统研究和产业发展的热点。功能构件技术的使用，使得机器人系统的设计开发由原有的整体构建变成积木式搭建，软硬件部件的复用降低了机器人设计的门槛，简化了设计过程，为机器人系统成本降低，技术更新铺垫了道路。
中间件是一类设计用来辅助处理分布式系统中复杂和各异特性的软件技术。一般情况下，中间件是位于操作系统层之上、软件层之下的一个抽象层，中间件的存在，为上层应用的编写提供了一个通用的抽象过的编程模型。中间件提供了一个比应用程序编程接口（API，如Sockets）更高层次的一个构建系统工具。传统的中间件以以太网协议和链路为基础，运行在中间件平台之上的应用软件，在访问构件时，不需要关心底层的硬件信息，中间件的这种机制，使得构件复用成为可能，提高了系统组装的效率，减少重复开发的劳动，在软件工程领域得到了广泛的应用。
机器人系统作为一种工作在复杂环境条件下和具有多种时变实时任务的复杂系统，领域的交叉导致其模型也较为复杂。一方面，其在实现上常需要使用多种实时总线接口，以满足关键的实时任务所面临的通讯需求；另一方面，由于机械和控制方面需要，机器人常使用嵌入式处理模块作为协处理器或运算单元，这些模块性能和资源配置通常较差，难以运行类似CORBA这类庞大的中间件体系平台。面临这些问题，传统的中间件CORBA、DCOM等在机器人中的应用受到很大限制，机器人中间件应有的实时接口也得不到有效支持。为了解决这个矛盾，日本提出的机器人使用的中间件RT-Middleware（RTM）。RTM在CORBA上作了大量的精简，使用OmniORB作为基础单元运行在X86平台。基于RTM平台，Yataka等人提出了LwRTC方法[1]，建立RTM的代理来加入嵌入式模块构件，该方法可以支持使用嵌入式处理模块。
本文以CAN总线接口为例，利用LwRTC的方法设计了一种利用Proxy支持中间件的协议转换模块，以此为连接嵌入式机器人模块提供多种实时总线接口的支持。

2．总体结构
如图1所示，设计了基于Proxy的智能机器人协议转换模块，模块主要包括：实时系统部分、Proxy部分、协议支持部分和CAN接口部分。