[发明专利]基于软件总线的面向服务的机器人开放式控制系统及方法

说明书

本发明提出基于软件总线的面向服务的机器人开放式控制系统及方法。系统包括：（1）面向服务的机器人开放式控制系统。控制系统的功能模块以服务的方式进行封装，使其能够被组合和应用，因而具有开放式、可扩展、服务松耦合等特点。（2）软件总线是整个分布式控制系统的核心组件，主要功能是为不同节点提供透明的传输机制，解除了用户与消息协议的耦合。（3）支持分布式控制系统的开发。通过传输层引入时间触发以太网(TTEthernet)，保证控制系统数据传输的实时性与确定性，并且通过负载均衡来减少总线节点热点访问问题。本发明提供一种用户对单个或多个机器人分布式控制系统进行开发的面向服务框架，在保证数据传输的实时性下提高控制系统的开发效率。

技术领域

本发明涉及一种支持分布式机器人控制的开放式系统结构，具体涉及基于软件总线的面向服务的机器人开放式控制系统。

背景技术

机器人控制系统是机器人的核心，传统的机器人控制系统大多采用封闭式结构，这种结构的优点是结构简单，能实现高效的控制。但是，随着机器人技术的发展以及控制系统的整体复杂性提高，封闭式的控制系统的局限性日益显现。主要表现为：扩展性差，可移植性差，容错性差，难以维护和升级。由于存在以上的局限，开放式机器人控制系统是一种解决以上问题的可行方案。开放式控制机器人控制系统具有可扩展，可移植，服务化，可重用等特性，可以大大减低控制系统二次开发的成本和维护成本，具有很大的实用价值。

国内关于开放式控制系统的工作主要有，中国科学院自动化研究所的“开放式工业机器人视觉控制平台”（公开号：CN1417006）、深圳市中科睿成智能科技有限公司的“开放式机器人系统”（公开号：CN102431023A）。国外日本及欧美一些国家在相关领域开展大量工作，如NASA和NBS提出的NASREM机器人控制系统，日本AIST研究所开发的OpenRTM-aist机器人控制软件开发平台。国内外现有的开放式机器人控制系统，虽然已经取得了一系列的研究成果，但层次化的开放式控制系统仍存在组件耦合度高，不能实现组件的运行时配置等问题。

对于自动化控制领域的应用，系统功能的扩展导致带宽的需求越来越高，并且该领域的对系统的实时性与确定性有严格要求。因此，控制系统网络必须满足如下要求：1、提供高带宽2、控制的数据流必须具备实时性与确定性。针对以上要求，实时以太网成为一种新型的、有前景的候选技术。其中，以时间触发以太网（Time-Triggered Ethernet）技术为比较成熟一种。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述补助，提供基于软件总线的面向服务的机器人开放式控制系统及方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

基于软件总线的面向服务的机器人开放式控制系统，其按层次结构划分为五个层，分别是：应用服务层，总线消息层，服务总线代理层，传输层和总线管理层；其中，

应用服务由开发者根据统一的服务定义描述服务并实现服务功能，或者通过已有的服务组合而成；由于消息层对服务的消息进行封装，所以应用服务并不需要考虑通信细节，只需专注于服务的功能逻辑即可；

总线消息层为应用服务提供对外请求的消息作为接口，不同的消息对应不同处理逻辑；由于系统对传输的消息进行序列化进程，使得消息能够实现跨平台传输；

服务总线代理层作为应用服务层和传输层的中介，为总线提供了一层封装，主要功能是处理服务与软件总线之间的通信细节；

传输层的功能是实现应用服务与软件总线之间的消息传递，任务是保证消息可靠的，有序的，准确无误的和实时的在服务与软件总线之间进行传输；

总线管理层是控制系统的核心，系统中的各个服务通过软件总线进行连接并进行统一管理，服务之间的消息传递都需要经过软件总线进行转发和路由，并且处理服务组合、服务注册等重要逻辑。