一種基于Proxy的智能機器人協議轉換模塊設計

摘要：機器人中間件技術逐漸成為復雜機器人系統集成領域的熱點。利用LwRTC的代理方法，在分析了構建模塊化智能機器人技術的基礎上，實現了一種智能機器人協議轉換模塊。首先介紹了其總體設計需求與設計結構，之后從硬件系統設計、實時系統支持、CAN總線驅動設計、協議轉換等方面詳細闡述了協議轉換模塊的設計過程，最后指出了其Proxy的實現。
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關鍵詞：機器人；Proxy；嵌入式系統；協議轉換
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1．引言
隨著機器人技術的不斷發展，基于功能構件的機器人體系結構逐漸成為機器人系統研究和產業發展的熱點。功能構件技術的使用，使得機器人系統的設計開發由原有的整體構建變成積木式搭建，軟硬件部件的復用降低了機器人設計的門檻，簡化了設計過程，為機器人系統成本降低，技術更新鋪墊了道路。
中間件是一類設計用來輔助處理分布式系統中復雜和各異特性的軟件技術。一般情況下，中間件是位于操作系統層之上、軟件層之下的一個抽象層，中間件的存在，為上層應用的編寫提供了一個通用的抽象過的編程模型。中間件提供了一個比應用程序編程接口（API，如Sockets）更高層次的一個構建系統工具。傳統的中間件以以太網協議和鏈路為基礎，運行在中間件平臺之上的應用軟件，在訪問構件時，不需要關心底層的硬件信息，中間件的這種機制，使得構件復用成為可能，提高了系統組裝的效率，減少重復開發的勞動，在軟件工程領域得到了廣泛的應用。
機器人系統作為一種工作在復雜環境條件下和具有多種時變實時任務的復雜系統，領域的交叉導致其模型也較為復雜。一方面，其在實現上常需要使用多種實時總線接口，以滿足關鍵的實時任務所面臨的通訊需求；另一方面，由于機械和控制方面需要，機器人常使用嵌入式處理模塊作為協處理器或運算單元，這些模塊性能和資源配置通常較差，難以運行類似CORBA這類龐大的中間件體系平臺。面臨這些問題，傳統的中間件CORBA、DCOM等在機器人中的應用受到很大限制，機器人中間件應有的實時接口也得不到有效支持。為了解決這個矛盾，日本提出的機器人使用的中間件RT-Middleware（RTM）。RTM在CORBA上作了大量的精簡，使用OmniORB作為基礎單元運行在X86平臺。基于RTM平臺，Yataka等人提出了LwRTC方法[1]，建立RTM的代理來加入嵌入式模塊構件，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的方法設計了一種利用Proxy支持中間件的協議轉換模塊，以此為連接嵌入式機器人模塊提供多種實時總線接口的支持。

2．總體結構
如圖1所示，設計了基于Proxy的智能機器人協議轉換模塊，模塊主要包括：實時系統部分、Proxy部分、協議支持部分和CAN接口部分。