馬 禮，鄭俊歌，楊銀剛，張永梅

(1.北方工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京 100144; 2.大規(guī)模流數(shù)據(jù)集成與分析技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100144；3.北京信息高技術(shù)研究所,北京 100085)

一種異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)交互協(xié)議

馬 禮1,2，鄭俊歌1,2，楊銀剛3，張永梅1,2

(1.北方工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京 100144; 2.大規(guī)模流數(shù)據(jù)集成與分析技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100144；3.北京信息高技術(shù)研究所,北京 100085)

隨著機(jī)器人在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和任務(wù)種類多樣化，單機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)受到任務(wù)規(guī)模和復(fù)雜程度的限制，使用多個(gè)機(jī)器人協(xié)作完成任務(wù)是解決問題的有效方法之一；在多機(jī)器人控制系統(tǒng)中，不同的任務(wù)往往需要不同結(jié)構(gòu)和功能的機(jī)器人去執(zhí)行，而且工業(yè)化的機(jī)器人各自遵循私有協(xié)議；在操作多機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中的通信協(xié)議因不同的機(jī)器人而異，從而增加了控制過程中的協(xié)作難度；設(shè)計(jì)和制定一個(gè)統(tǒng)一的交互協(xié)議，便于協(xié)作信息在系統(tǒng)中通信，共同完成給定的任務(wù)；針對不同的機(jī)器人私有控制協(xié)議，在一致化交互接口的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了不同工業(yè)機(jī)器人之間的交互；通過工程實(shí)踐，驗(yàn)證了一致性交互協(xié)議對于異構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)的有效交互,對完成復(fù)雜問題作業(yè)具有借鑒作用。

機(jī)器人控制系統(tǒng)；私有協(xié)議；一致化交互；交互協(xié)議

0 引言

多機(jī)器人在解決負(fù)責(zé)工程問題中起到重要的作用。從德國的工業(yè)4.0(Industry 4.0)到我國提出的制造業(yè)2025計(jì)劃，一個(gè)很大的特點(diǎn)是需要智能生產(chǎn)，需要運(yùn)用多機(jī)器人協(xié)作與協(xié)調(diào)，完成復(fù)雜任務(wù)。

智能工廠不僅僅指的是工廠里機(jī)器與機(jī)器之間，人與人之間，人與機(jī)器之間實(shí)現(xiàn)信息化、互聯(lián)網(wǎng)化。 在“智能生產(chǎn)”中，相對于單機(jī)器人系統(tǒng),多機(jī)器人系統(tǒng)擁有時(shí)間、空間、功能、信息和資源上的分布特性, 從而在任務(wù)適用性、經(jīng)濟(jì)性、最優(yōu)性、魯棒性、可擴(kuò)展性等方面表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。但是相對于單機(jī)器人工作，多機(jī)器人之間需要更加有效地通信和協(xié)同工作，因此必須通過共享信息從而更好地完成任務(wù)。多機(jī)器人之間一致化通信是多機(jī)器人系統(tǒng)研究和使用中不可缺少的內(nèi)容，一直受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

國內(nèi)外對于多機(jī)器人系統(tǒng)的研究很多，機(jī)器人之間如何方便地有效溝通，是多機(jī)器人系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容之一。

美國國防高級研究計(jì)劃局、海軍和能源部研究的戰(zhàn)場環(huán)境下通過通信進(jìn)行任務(wù)制定、規(guī)劃和協(xié)調(diào)合作，共同完成任務(wù)的組織框架和方法多機(jī)器人作戰(zhàn)平臺[1]。日本在仿生多機(jī)器人系統(tǒng)上研究,如利用魚類仿生技術(shù)開發(fā)的多機(jī)器人系統(tǒng)/EPORO0的CEBOT和日產(chǎn)公司[2]等。這些多機(jī)器人系統(tǒng)的不同機(jī)器人個(gè)體之間均需要有效通信。

國內(nèi)上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院等開發(fā)出各種形式的多機(jī)器人系統(tǒng)。中科院沈陽自動化研究所以制造環(huán)境應(yīng)用多機(jī)器人裝配為背景，建立了一個(gè)采用集中與分散相結(jié)合的分層體系結(jié)構(gòu)的多機(jī)器人協(xié)作裝配系統(tǒng)。在多機(jī)器人通信方面也做出了大量的研究。我國提出了異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)C/S(客戶端/服務(wù)器)通信的一般模型，使用socket方式通訊；利用IEEE 802.11無線通信的方式，主機(jī)器人將自身位置信息廣播給從機(jī)器人[3]。

上述研究機(jī)器人有的是同種結(jié)構(gòu)的，有的雖然是結(jié)構(gòu)不同，卻使用相同的無線通信模式。但現(xiàn)在的機(jī)器人種類越來越多，機(jī)器人的任務(wù)越來越復(fù)雜，機(jī)器人系統(tǒng)的通信環(huán)境也越來越多變，不僅需要有線網(wǎng)絡(luò)、還要有無線網(wǎng)絡(luò)等，功能多變的機(jī)器人及復(fù)雜的通信環(huán)境之間的通信不能通過簡單的通信協(xié)議就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人間的交互，因此我們急需設(shè)計(jì)能滿足多種形式的通信的協(xié)議。

2 問題描述

在由多個(gè)不同類型的機(jī)器人組成地一個(gè)異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)中，不同的機(jī)器人有不同的通信方法，例如有的機(jī)器人采用有線通信模式，有的采用無線通信模式。有的機(jī)器人采用串行RS232、RS485總線通信。這些不同就增加了機(jī)器人之間交互的難度，使系統(tǒng)變得十分繁雜。因此需要對異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)并制定一致性交互的通信協(xié)議，如圖1所示。

圖1 一致性交互協(xié)議框架

3 異構(gòu)多機(jī)器交互協(xié)議的制定與實(shí)現(xiàn)

在一個(gè)異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)中，各個(gè)機(jī)器人的通信協(xié)議被制造商私有定制固化到各自的機(jī)器人系統(tǒng)中，在通訊的過程中通過私有協(xié)議與控制系統(tǒng)進(jìn)行交互時(shí)，會在協(xié)議處理上花費(fèi)很多時(shí)間。因此，在不同功能、不同交互接口的設(shè)備共同存在的同一系統(tǒng)中，為了簡化協(xié)議處理的過程，需要設(shè)計(jì)和制定一個(gè)方便的交互協(xié)議，便于協(xié)作信息在系統(tǒng)中通信，從實(shí)現(xiàn)有效控制，共同完成給定的任務(wù)。

3.1 異構(gòu)多機(jī)器人交互協(xié)議的制定

為了實(shí)現(xiàn)異構(gòu)設(shè)備之間的一致化通信，需要為上層應(yīng)用提供一種一致化通信接口，隱藏各種不同下層特定設(shè)備協(xié)議細(xì)節(jié)，為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供一致化的通信接口。一致化協(xié)議需要遵循協(xié)議內(nèi)容語義不變，異構(gòu)設(shè)備各自的協(xié)議不變等基本原則。

針對研究的異構(gòu)多機(jī)器人構(gòu)成的系統(tǒng)中，有采用Modbus串行協(xié)議通信的RS232/RS485串口總線；有以太網(wǎng)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信，還有采用ZigBee協(xié)議的無線通信。這些不同協(xié)議的機(jī)器人共同構(gòu)成了一個(gè)為解決某個(gè)復(fù)雜問題的異構(gòu)多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)。由于不同機(jī)器人通過該系統(tǒng)和PC機(jī)進(jìn)行交互，因此要求機(jī)器人能準(zhǔn)確接收、識別上位機(jī)發(fā)送的命令，還要能準(zhǔn)確無誤地向上位機(jī)返回實(shí)時(shí)信息。

在一致性交互協(xié)議中，為了標(biāo)識協(xié)議數(shù)據(jù)單元的開始，設(shè)計(jì)了起始位；字段標(biāo)識不同的機(jī)器人，設(shè)計(jì)了機(jī)器人編號字段；通過結(jié)束位標(biāo)識協(xié)議數(shù)據(jù)單元是否完成，通過校驗(yàn)位判斷數(shù)據(jù)傳輸是否正確；還有命令類型、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)等單元。其協(xié)議的數(shù)據(jù)單元(Protocol data unit)格式如表1所示。

(1)起始位：標(biāo)識協(xié)議數(shù)據(jù)單元的開始

(2)機(jī)器人編號：標(biāo)識系統(tǒng)中的機(jī)器人。

表1 數(shù)據(jù)發(fā)送協(xié)議數(shù)據(jù)單元

(3)協(xié)議類型：標(biāo)識機(jī)器人所使用的私有協(xié)議。

(4)命令類型：表示主機(jī)發(fā)給各終端機(jī)的命令，各命令的含義一般代表一定 的意義。

(5)數(shù)據(jù)類型：標(biāo)識機(jī)器人對應(yīng)命令所發(fā)送的數(shù)據(jù)的類型。

(6)數(shù)據(jù)長度：表示協(xié)議數(shù)據(jù)單元的長度。本協(xié)議各條命令的長度是不等長的，具體長度由此字來確定。如果是1個(gè)字節(jié)，則最長不能超過252字節(jié)。長度字的長度是從地址字開始到信息字結(jié)束之間所有字節(jié)的字節(jié)數(shù) 。

(7)數(shù)據(jù)：要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。為了編程的方便，設(shè)定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)長度不夠長度的填充為(為0)來補(bǔ)齊。

(8)校驗(yàn)位：校驗(yàn)碼的字節(jié)是從地址字開始，到信息字結(jié)束之間所有字節(jié)的字節(jié)數(shù)。校驗(yàn)碼進(jìn)行判別接收信息是否出錯(cuò)。校驗(yàn)采用CRC-16校驗(yàn)方法。

(9)結(jié)束位：標(biāo)識協(xié)議數(shù)據(jù)單元的結(jié)束。

3.2 異構(gòu)多機(jī)器人交互協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

在一致性交互協(xié)議的基礎(chǔ)上，下面論述一致性交互協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。交互協(xié)議的實(shí)現(xiàn)包括數(shù)據(jù)的打包、數(shù)據(jù)的解析和相應(yīng)指令的生成。其協(xié)議實(shí)現(xiàn)框架如圖2所示。

圖2 協(xié)議實(shí)現(xiàn)的框架圖

在交互協(xié)議操作平臺上發(fā)送控制機(jī)器人的指令，這些控制指令被封裝到以太網(wǎng)幀，發(fā)送到以太網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)中的交互協(xié)議解析器通過以太網(wǎng)接口接收到數(shù)據(jù)。這些以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)包，在交互協(xié)議解析器的中心單元進(jìn)行處理，通過對報(bào)文的逐層解析，讀取出發(fā)送給目標(biāo)機(jī)器人的指令數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)際控制機(jī)器人的通訊協(xié)議，將控制機(jī)器人的指令組裝成相對應(yīng)的協(xié)議報(bào)文，通過對應(yīng)的接口發(fā)送出去。

3.2.1 數(shù)據(jù)的打包

在PC端上發(fā)送信息的應(yīng)用軟件，填寫機(jī)器人的編號和需要機(jī)器人執(zhí)行的指令，組成發(fā)送協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU并啟動定時(shí)器。將相關(guān)的信息通過上述的協(xié)議格式進(jìn)行封裝，最后將協(xié)議數(shù)據(jù)單元進(jìn)行TCP/IP協(xié)議封裝組成數(shù)據(jù)報(bào)文。數(shù)據(jù)報(bào)文經(jīng)過介質(zhì)發(fā)送到交互協(xié)議解析器。如果報(bào)文校驗(yàn)出錯(cuò)，則重新執(zhí)行，直到PC端發(fā)送出相應(yīng)的報(bào)文，其打包過程如圖3。

圖3 數(shù)據(jù)打包過程

3.2.2 數(shù)據(jù)的解析

交互協(xié)議解析器接收到IP數(shù)據(jù)報(bào)文后，對報(bào)文進(jìn)行逐層解析，解析到協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)后取出應(yīng)用程序數(shù)據(jù)，其解析過程如圖4。

圖4 數(shù)據(jù)的解析

解析報(bào)文的步驟：

(1)在交互協(xié)議解析器中，接收端口一直監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中是否有報(bào)文發(fā)過來，如果監(jiān)聽有報(bào)文發(fā)送過來，則用消息隊(duì)列用來接受并保存收到網(wǎng)絡(luò)中傳過來的以太網(wǎng)幀，并查看消息隊(duì)列中的消息個(gè)數(shù)，如果原始消息隊(duì)列不為空，則從消息隊(duì)列中讀取一條以太網(wǎng)幀進(jìn)行解析；

(2)從取出來的以太網(wǎng)幀中查找IP消息頭標(biāo)識符，如果查找到相應(yīng)的標(biāo)識符，則對該報(bào)文進(jìn)一步的處理，根據(jù)IP消息頭標(biāo)識符解析出TCP數(shù)據(jù)報(bào)文，否則放棄該報(bào)文，重新從消息隊(duì)列中取出一條報(bào)文；

(3)從解析出來的TCP報(bào)文中的查找TCP消息頭標(biāo)識符，如果查找到了，則將TCP數(shù)據(jù)報(bào)文中的協(xié)議數(shù)據(jù)單元解析出來，否則放棄該報(bào)文，重新從消息隊(duì)列中取出一條報(bào)文；

(4)查找協(xié)議數(shù)據(jù)單元中的消息頭標(biāo)識符，如果查找到了，則將協(xié)議數(shù)據(jù)單元中的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)解析出來，否則放棄該報(bào)文，重新從消息隊(duì)列中取出一條報(bào)文；

(5)對取出來的協(xié)議數(shù)據(jù)單元相應(yīng)字段的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，獲取相關(guān)的信息，例如機(jī)器人的編號、相對應(yīng)的通訊協(xié)議類型等，獲取這些信息之后，將對機(jī)器人控制指令信息放到相對應(yīng)的通訊協(xié)議報(bào)文中，并通過相對應(yīng)的端口發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制。

3.2.3 數(shù)據(jù)生成指令并發(fā)送

數(shù)據(jù)生成指令根據(jù)一致性交互協(xié)議中的信息和機(jī)器人各個(gè)私有協(xié)議的格式，將交互協(xié)議中所攜帶的數(shù)據(jù)信息部分按照私有協(xié)議的格式配置輸出。在生成相應(yīng)指令的生成片中，不同的協(xié)議中包含的機(jī)器人編號、協(xié)議類型、命令類型、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)等不完全相同，為了能盡可能的全面地描述協(xié)議的各個(gè)字段，設(shè)計(jì)了下面的結(jié)構(gòu)體類型。

TypedefstructbitType{

ROBOTID robotid;

PROTOCOL protocol;

COMMANDTYPE commtype;

DATATYPE datatype;

DATA data;

LENGTH length；

CHECKOUT checkout;

END end;

}PROTOCOL;

把數(shù)據(jù)解析的數(shù)據(jù)依次復(fù)制給結(jié)構(gòu)體的各個(gè)字段，然后按照協(xié)議類型字段中協(xié)商定義的協(xié)議類型生成相應(yīng)的指令。如果protocol==3，則說明該協(xié)議是以太網(wǎng)協(xié)議，以太網(wǎng)協(xié)議的幀格式中需要目的地址dest_add和源地址sour_add,這兩項(xiàng)可以在程序中預(yù)先獲取。然后根據(jù)解析出來的機(jī)器人編號和本地的機(jī)器人編號做比較，如果相同，則通過交互接口發(fā)送指令；否則在不發(fā)送。

在執(zhí)行完相應(yīng)的指令之后，在規(guī)定的時(shí)間延遲內(nèi)，向PC端發(fā)送返回信號，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有收到返回信號，則提示出錯(cuò)。若PC端收到返回信號，則提示可以準(zhǔn)備發(fā)送下一條TCP/IP數(shù)據(jù)包；如果收到錯(cuò)誤提示，則需要重新發(fā)送上一條TCP/IP數(shù)據(jù)包。

4 測試與驗(yàn)證

為了對一致性交互協(xié)議進(jìn)行測試并驗(yàn)證，在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中使用了Scara機(jī)器人、轉(zhuǎn)臺機(jī)器人、三維機(jī)械臂機(jī)器人、擰緊機(jī)器人、AGV小車、PA10機(jī)器人、氣動開關(guān)PLC、仿真機(jī)器人和視覺機(jī)器人組成了集中與分布相結(jié)合的異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)?；谙到y(tǒng)中各個(gè)機(jī)器人的類型不同、接口互異的特點(diǎn)，利用傳輸介質(zhì)、交換機(jī)等組建交互系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)和軟件平臺互聯(lián)各個(gè)機(jī)器人。每個(gè)機(jī)器人稱為“下位機(jī)”，其處理的內(nèi)容包括電機(jī)控制、位移移動和視覺數(shù)據(jù)采集等。如圖5所示，每個(gè)機(jī)器人都可以通過RS485總線、RS232總線、ZigBee、以太網(wǎng)，以各自約定的格式將數(shù)據(jù)通過一致化協(xié)議處理器傳輸給上位機(jī)PC，由上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。同樣，上位機(jī)PC將操作指令通過一致化協(xié)議處理器，發(fā)送至由RS485總線、RS232總線、ZigBee等協(xié)議連接的各機(jī)器人，機(jī)器人接收上位機(jī)發(fā)送的指令并控制硬件系統(tǒng)執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)采用C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)建ACCESS數(shù)據(jù)庫，使用基于Windows的VC++ MFC編程設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)。

圖5 異構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)拓?fù)鋱D

通過工程實(shí)踐，在搭建的異構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)中，對視覺系統(tǒng)模塊、虛擬仿真系統(tǒng)模塊、Scara機(jī)器人模塊、轉(zhuǎn)臺機(jī)器人模塊、三維機(jī)械臂機(jī)器人模塊、氣動開關(guān)PLC模塊、小車機(jī)器人模塊、PA10機(jī)器人模塊和擰緊機(jī)機(jī)器人模塊按照一致性交互協(xié)議進(jìn)行通信，精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)了各個(gè)機(jī)器人的功能。在各個(gè)機(jī)器人協(xié)作實(shí)現(xiàn)某一復(fù)雜的拆檢和組裝的任務(wù)中，實(shí)現(xiàn)了問題任務(wù)要求的功能，并較好的滿足了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。

4.1 網(wǎng)絡(luò)丟包測試

在異構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)中，將各種不同的協(xié)議格封裝成一致性交互協(xié)議后，上位機(jī)PC向機(jī)器人發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，會出現(xiàn)丟包的問題。如果丟包率過高的話，會對異構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性造成影響，因此丟包率是個(gè)很重要的因素。

在搭建的異構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)中，每一次向交互協(xié)議解析器發(fā)送800個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文，這800個(gè)報(bào)文中包含上述9個(gè)不同的機(jī)器人的控制指令，總共向交互協(xié)議解析器發(fā)送10次。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6所示。

圖6 丟包數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

上圖橫坐標(biāo)代表10次測試實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)都發(fā)送800個(gè)數(shù)據(jù)包，縱坐標(biāo)代表對應(yīng)每次實(shí)驗(yàn)的丟包個(gè)數(shù)。從圖中可以看出10次實(shí)驗(yàn)的丟包個(gè)數(shù)分別為1,2,2,1,1,1,1,2,2,2，綜合10次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可計(jì)算出平均丟包率0.21‰，符合CCSA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大丟包率1‰。

通過測試發(fā)現(xiàn)，在一致性交互協(xié)議通信過程中，丟包率控制在合理的范圍內(nèi)，可以很好的實(shí)現(xiàn)對不同機(jī)器人交互對象的控制。

4.2 時(shí)延測試

在一致性協(xié)議的條件下，指令傳輸過程中需要實(shí)現(xiàn)報(bào)文解析和不同機(jī)器人協(xié)議的轉(zhuǎn)換，因此會出現(xiàn)延時(shí)。時(shí)延是針對在一致性交互協(xié)議解析器中，將統(tǒng)一格式的以太網(wǎng)幀轉(zhuǎn)換成不同機(jī)器人協(xié)議，并發(fā)送出去到對應(yīng)機(jī)器人的時(shí)間間隔。此次實(shí)驗(yàn)使用一致性交互協(xié)議解析器和9個(gè)擁有私有協(xié)議的機(jī)器人，同一個(gè)機(jī)器人的時(shí)延數(shù)據(jù)記錄到同一個(gè)文件中。通過一致性交互協(xié)議解析器，分別向9個(gè)機(jī)器人發(fā)送數(shù)據(jù)，每一個(gè)機(jī)器人發(fā)送800條數(shù)據(jù)報(bào)，并將延時(shí)記錄到相對應(yīng)的文件中。

圖8 在協(xié)議一致性下時(shí)延統(tǒng)計(jì)圖

上圖橫坐標(biāo)代表10次測試實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)文件中都收集800個(gè)時(shí)延數(shù)據(jù)，縱坐標(biāo)代表對應(yīng)每次實(shí)驗(yàn)的平均轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。從圖中可以看出10次實(shí)驗(yàn)的平均轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延分別為9.0521654 ms,9.1623547 ms,8.7963172 ms,8.6532145 ms, 8.9632541 ms, 9.3298417 ms,9.0021415 ms, 8.9965421 ms, 8.7569842 ms, 9.1254875 ms，綜合10次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可計(jì)算出平均轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延為8.9838302 9 ms。

圖9 分別向各個(gè)機(jī)器人發(fā)送的時(shí)延統(tǒng)計(jì)圖

上圖代表向各個(gè)機(jī)器人分別發(fā)送800個(gè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)一下產(chǎn)生的延時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)文件中都收集800個(gè)時(shí)延數(shù)據(jù)，縱坐標(biāo)代表對應(yīng)每次實(shí)驗(yàn)的平均轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。從圖中可以看出10次實(shí)驗(yàn)的平均轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延分別為6.314 256 2 ms，6.564 312 1 ms，5.921 435 6 ms，6.142 387 4 ms，6.002 141 5 ms，6.329 841 713 ms，5.996 542 123 ms，6.125 487 5 ms，5.963 254 1 ms，6.052 165 4 ms，綜合10次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可計(jì)算出平均轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延為6.141 182 364 ms，通過兩次對比，能滿足實(shí)時(shí)性要求。

雖然一致性協(xié)議會在控制命令下發(fā)的過程中出現(xiàn)延，通過實(shí)驗(yàn)這些延時(shí)在可以接受的范圍區(qū)間內(nèi)，對系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行，不會造成太大的延誤。

5 結(jié)論

本文基于 Visual Studio2010的開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)了一種異構(gòu)機(jī)器人交互協(xié)議接口，實(shí)現(xiàn)了不同機(jī)器人之間通信協(xié)議的一致化協(xié)議制定、數(shù)據(jù)的打包和解析。在此系統(tǒng)中，上位機(jī)PC機(jī)只需要制定具體的通信協(xié)議即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，不需要考慮底層數(shù)據(jù)傳輸格式。此一致性協(xié)議通用性好、數(shù)據(jù)傳輸可靠，以較小的丟包率保證上位機(jī)PC和機(jī)器人之間數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

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An Interactive Protocol for Heterogeneous Multi-robot System

Ma Li1,2, Zheng Junge1,2, Yang Yingang3，Zhang Yongmei1,2

(1.College of Computer Science and Technology, North China University of Technology, Beijing 100144，China;2.Beijing Key Laboratory on Integration and Analysis of Large-scale Stream Data,Beijing 100144，China;3.Beijing Information Institute of Technology, Beijing 100085，China)

Along with the wide application of the robot in various fields and the variety of tasks,the sinloggle robot task is limited by the scale and complexity of the task. The use of multiple robots to complete the task is one of the effective ways to solve problems. In multi-robot control system,different tasks often require different robots to perform, which have different structures and functions generally. And industrial robots follow a private agreement. In the operation of a multi robot system, the communication protocol in the system varies with different robots, which increases the difficulty of cooperation in the control process. Designing and developing a unified interactive protocol that is convenient to communicate with the information in the system and to accomplish a given task together. According to different robot private control protocol,on the basis of the consistent interaction interface, the interaction between different industrial robots is designed and implemented. Through the engineering practice, it is proved that this consistency interaction protocol is effective for the heterogeneous robot system. It has the reference function to complete the complex tasks.

robot control system; private protocol; consistent interaction; interaction protocol

2016-01-18；

2016-02-29。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61300171,61371143);部委預(yù)研項(xiàng)目(513060803)。

馬 禮(1968-)，男，山西朔州人，博士，教授，碩士生導(dǎo)師。主要從事分布式系統(tǒng)、多agent機(jī)器人系統(tǒng)方向的研究。

1671-4598(2016)07-0286-05

：10.16526/j.cnki.11-4762/tp

TN713 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A