基于C/S架构的模块化移动机器人控制软件模型的设计与实现

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移动机器人是个复杂的机电系统,涉及多个不同学科领域,需要多个子系统如通信系统、运动控制系统、决策系统等等,开发难度高。尤其是足球机器人系统,多机器人系统的开发面临更多的难题。随着硬件平台化,复杂机电系统的硬件结构越来越相似。其功能的差别主要体现在软件开发上。面对复杂机电系统软件开发的难题,越来越多的学者提出机器人操作系统的概念,目的在于简化机器人这些复杂机电系统的软件开发流程和难度,硬件平台的发展使这种想法的实现成为可能。本次结合模型驱动、SOA基于组件的设计思想与足球机器人软件系统的特点,开发中立的移动机器人软件平台。运用该软件平台开发移动机器人将大大缩短软件的开发周期,降低开发难度与对硬件的要求,使系统便于维护修改。研究足球机器人各种不同软件系统设计,发现可以分割软件系统各个单元功能模块,用组件进行封装,组件之间配合实现应用。研究足球机器人硬件系统,发现移动机器人小车有限的硬件资源无法承担复杂软件功能的运算。结合以上研究提出基于C/S架构的模块化移动机器人控制软件模型的设计。其模块化意在整个软件系统包括服务器与客户端软件平台都是基于组件的设计模式,组件之间的配合实现复杂的系统应用,使用Spring框架管理组件。基于C/S架构指通过服务器客户端配合,服务器帮助运算高运算量的软件,降低移动机器人小车的硬件负担。并且在服务器上提供组件多对点对多通信能力便于开发统一协调控制系统,为将来开发足球机器人系统提供软件框架支持。论文的第一章主要介绍课题的研究背景、研究意义以及目前国际上对机器人软件系统提出的新概念。第二章阐述基于C/S架构的移动机器人整体硬件系统与软件系统的结构。阐述了SOA基于组件的设计模式与模型驱动的设计思想,基于该思想之上设计中立的服务于机器人的软件平台。第三章详细介绍服务器软件平台的设计,阐述组件接口设计及其运行原理,通信模块、任务调度模块、组件加载模块的设计以及组件与组件之间的通信原理。进一步分析在平台上运行数据的有效性问题,并提出解决方案。第四章详细介绍客户端软件平台的设计,阐述客户端组件接口的设计,组件与组件之间采用管道通信技术,采用XML文件管理组件。第五章为实验测试,采用实验室现有的移动机器人小车作为测试工具。在机器人小车与服务器上安装演示组件,使小车能够运动避障。为了测试多客户端服务能力,编写界面,安装几个做简单算术运算的组件并在Spring容器里配置连接,通过客户端发送数据包以及服务器返回的运算结果测试软件功能。第六章是结论与展望,对研究工作做了总结,指出了需要进一步改进的地方及以后的研究方向。
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