面向工业机器人的智能通信中间件设计与实现

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随着机器人技术的不断发展,机器人在实际的工业生产中起着越来越重要的作用。伴随机器人的广泛运用,机器人软件开发也面临着越来越多不确定性的技术挑战,需要满足不同的场景和任务需求,以适应复杂的工作环境。在实际的开发过程中,机器人的软件和硬件的耦合程度高,代码复用率低,开发专业性要求高,开发效率低下。同时,面对实际工业生产中的复杂问题,往往需要多个机器人或者机器人与不同的工业设备协作完成。如何让机器人与不同的设备更好地协作也是一个重要的研究问题。针对以上提出的机器人软件开发问题,本文设计了一个面向工业机器人的智能通信中间件,该中间件具有简单易用、支持并发与节点智能互联等特点。本文主要贡献体现在以下四个方面:1)本文提出了一种面向工业机器人的通信中间件技术方案设计与实现。该中间件针对机器人应用开发与通信需求,采用去中心化的分布式节点设计为用户提供远程过程调用和发布订阅功能。同时,中间件提供简单易用的函数接口,让用户专注于机器人的业务代码实现,无需关注底层的通信细节。2)中间件引入合同网招投标机制,用户可以根据实际的应用需求设计招标书的资源信息,底层中间件通过服务节点提交的资源信息动态选择综合排名最高的节点作为中标节点,并执行相应的任务。3)设计独立部署的桥接模块,中间件实现了Websocket桥接模块、Ether CAT桥接模块、串口桥接模块和ROS桥接模块以支持使用第三方协议或中间件的设备节点与本系统的原生节点进行通信。4)设计基础测试和应用案例,其中基础测试验证了中间件功能的有效性,并与ROS进行性能比较验证该中间件具有更优的性能。针对实际的机器人应用场景,设计了两个应用案例,在线机器人示教系统和Delta机器人流水线动态分拣系统,对中间件进行应用测试。实验结果验证了中间件的有效性和实用性。
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