一种异构移动机器人的互操作中间件测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种异构移动机器人的互操作中间件测试系统及方法，系统包括操控终端节点、若干架构不同的移动机器人节点以及虚拟场景呈现节点，各节点间通过网络通讯；操控终端节点和每个移动机器人节点均设置互操作中间件进行内部各进程间的交互；采用RCS架构的移动机器人节点和采用ROS架构的移动机器人节点分别基于这两种架构构建机器人的控制系统，并可根据任务类型启动不同数量。本发明专利技术针对移动机器人真实使用提出了一种异构移动机器人的互操作中间件测试系统，能够测试中间件多种异构移动机器人的通用控制能力和互操作能力；本发明专利技术的系统能够应用于各类跨操作系统、跨不同软件架构的机器人互操作中间件功能和性能测试。

【技术实现步骤摘要】
一种异构移动机器人的互操作中间件测试系统及方法
本专利技术涉及移动机器人
，尤其涉及一种异构移动机器人的互操作中间件测试系统及方法。
技术介绍
互操作性是两个或两个以上的平台之间交换信息并相互利用所交换信息的能力。对移动机器人互操作性的研究将为开发统一的操控终端、跨域(海、陆、空)的互操作实现、平台任务单元快速实时的无缝融合与接入等问题的解决提供保障，对未来所有机器人的发展具有重要意义。由于目前移动机器人平台之间的控制协议、网络传输协议和控制端口定义的不同，造成传感器和控制器存在着能力描述不统一、接口标准不一致、控制方法不通用等问题，使得移动机器人之间信息交互存在诸多困难，导致移动机器人协同效率非常低下。目前针对移动机器人应用较多的体系架构有ROS，4D/RCS，JAUS、无人系统联合架构等。这些异构移动机器人间的互联互通互操作是急需解决的问题。中间件是提高机器人系统在控制、通信、数据等方面互操作性的关键技术，它为保证机器人之间的协同合作和有效集成提供了一种有效手段。目前国内缺少一种异构移动机器人的互操作中间件测试系统，通过以任务驱动的互操作中间件集成、测试与评估，来检验异构机器人平台数据交换一致性、完整性和实时性，考核对异构机器人的通用控制能力与互操作能力。
技术实现思路
针对ROS和RCS两种典型架构下的移动机器人，本专利技术提供一种异构移动机器人的互操作中间件测试系统及方法，系统包括操控终端(OCU)、若干架构不同的移动机器人节点以及虚拟场景呈现节点；各节点的形式为部署有特定功能软件及互操作中间件的计算机，计算机之间通过交换机进行网络通信，支持各组成部件之间的信息交互。采用RCS架构的移动机器人节点和采用ROS架构的移动机器人节点分别基于这两种架构构建机器人的控制系统，并可根据任务类型启动不同数量。为达到上述目的，本专利技术提供了一种异构移动机器人的互操作中间件测试系统，包括：操控终端节点、若干架构不同的移动机器人节点以及虚拟场景呈现节点，各节点间通过网络通讯；操控终端节点和每个移动机器人节点均设置互操作中间件进行内部各进程间的交互；所述操控终端节点用于设定移动机器人的工作模式，向所述移动机器人节点发送任务和/或遥控指令；接收机器人模型的状态，并判断互操作中间件的互操作性能是否正常；所述移动机器人节点接收所述任务，接收所述虚拟场景呈现节点反馈的机器人模型的状态并发送给所述操控终端节点，基于所述任务和机器人模型的状态生成对应的控制指令并发送到虚拟场景呈现节点；所述虚拟场景呈现节点构建虚拟场景以及若干机器人模型；接收所述控制指令并驱动所述虚拟场景中对应的机器人模型运动，并向所述移动机器人节点反馈机器人模型的状态。优选的，所述移动机器人节点包括任务接收与状态反馈模块、决策与运动控制模块以及虚拟场景交互模块；所述任务接收与状态反馈模块接收所述任务并将机器人模型的状态发送给所述操控终端节点；所述决策与运动控制模块根据所述任务和机器人模型的状态生成控制指令；当接收到的所述任务为编队任务时，确定自身角色，计算目标点，并生成控制指令；所述虚拟场景交互模块与所述虚拟场景呈现节点交互，发送控制指令并接收虚拟场景呈现节点反馈的机器人模型的状态。优选的，所述移动机器人节点任务接收与状态反馈模块、决策与运动控制模块以及虚拟场景交互模块通过接口进程(Interface)、控制进程(Control)、本地服务进程(LocalServer)和USARSim接口进程(USARSimInterface)实现；接口进程(Interface)用于接收所述任务并将机器人模型的状态发送给所述操控终端节点；控制进程(Control)用于根据所述任务和机器人模型的状态生成控制指令；当接收到的所述任务为编队任务时，确定自身角色，计算目标点，并生成控制指令；本地服务进程(LocalServer)用于建立通讯通道；USARSim接口进程(USARSimInterface)用于发送控制指令并接收虚拟场景呈现节点上，从而驱动虚拟场景呈现节点中相应的机器人模型运动。优选的，所述移动机器人节点包括采用RCS架构的移动机器人节点和采用ROS架构的移动机器人节点，各个进程之间分别通过RCS架构互操作中间件和ROS架构互操作中间件进行交互。优选的，所述操控终端节点包括遥控指令发送模块、自主路径跟随任务发送模块、编队任务发送模块、位姿显示模块和判断模块；所述遥控指令发送模块，在遥控模式下，选择单个所述架构不同的移动机器人节点的IP地址，连接后发送期望的线速度v和角速度ω；判断接收的机器人模型的线速度、角速度和期望的线速度v、角速度ω之间的差别，如果差别在阈值内，则判定对应的架构不同的移动机器人节点的互操作中间件接收遥控指令功能正常；否则，判定对应的架构不同的移动机器人节点的互操作中间件接收遥控指令功能不正常；所述自主路径跟随任务发送模块，在自主模式下，选择单个所述架构不同的移动机器人节点的IP地址，连接后发送设定的全局路径点；判断接收的机器人模型的运动路径，计算设定的全局路径点到所述运动路径对的距离之和，如果小于设定阈值，则判定对应的架构不同的移动机器人节点的互操作中间件接收自主运动控制指令功能正常；否则，判定对应的架构不同的移动机器人节点的互操作中间件接收自主运动控制指令功能不正常；所述编队任务发送模块，在编队模式下，选择若干所述架构不同的移动机器人节点的IP地址，连接后发送角色和队形信息；根据接收的各个机器人模型的运动路径计算各个时刻的队形信息，与发送的队形信息进行对比，如果某一时刻某一机器人模型的偏差超过阈值，则输出对应的架构不同的移动机器人节点的互操作中间件编队运动控制功能不正常；所述位姿显示模块用于设定任务目标点及任务路径；接收机器人模型的状态以数字和图形化的形式显示。优选的，虚拟场景呈现节点包括Unreal引擎、Unreal客户端、Gamebots和USARSim平台；通过Unreal引擎构建场景地图；通过Unreal客户端渲染所场景地图中的各种对象；通过Gamebots软件按照定制的消息协议实现Unreal引擎与USARSim接口进程(USARSimInterface)进行通信；USARSim平台中构建机器人模型和传感器模型，接收所述接口进程(USARSimInterface)发送的控制指令，并控制所述机器人模型运动，传感器模型用于实时采集机器人模型的位置和姿态，并发送给所述接口进程(USARSimInterface)。本专利技术另一方面提供一种所述的异构移动机器人的互操作中间件测试系统进行测试的方法，包括如下步骤：(1)将操控终端节点的互操作中间件部署到Windows操作系统上；将每个移动机器人节点对应架构的互操作中间件部署到Ubuntu操作系统上，并实现与接口进程(Interface)的集成；(2)选择测试模式，向所述移动机器人节点发送任务和/或遥控指令；接收机器人模型的状态，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异构移动机器人的互操作中间件测试系统，其特征在于，包括：操控终端节点、若干架构不同的移动机器人节点以及虚拟场景呈现节点，各节点间通过网络通讯；操控终端节点和每个移动机器人节点均设置互操作中间件进行内部各进程间的交互；/n所述操控终端节点用于设定移动机器人的工作模式，向所述移动机器人节点发送任务和/或遥控指令；接收机器人模型的状态，并判断互操作中间件的互操作性能是否正常；/n所述移动机器人节点接收所述任务，接收所述虚拟场景呈现节点反馈的机器人模型的状态并发送给所述操控终端节点，基于所述任务和机器人模型的状态生成对应的控制指令并发送到虚拟场景呈现节点；/n所述虚拟场景呈现节点构建虚拟场景以及若干机器人模型；接收所述控制指令并驱动所述虚拟场景中对应的机器人模型运动，并向所述移动机器人节点反馈机器人模型的状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种异构移动机器人的互操作中间件测试系统，其特征在于，包括：操控终端节点、若干架构不同的移动机器人节点以及虚拟场景呈现节点，各节点间通过网络通讯；操控终端节点和每个移动机器人节点均设置互操作中间件进行内部各进程间的交互；
所述操控终端节点用于设定移动机器人的工作模式，向所述移动机器人节点发送任务和/或遥控指令；接收机器人模型的状态，并判断互操作中间件的互操作性能是否正常；
所述移动机器人节点接收所述任务，接收所述虚拟场景呈现节点反馈的机器人模型的状态并发送给所述操控终端节点，基于所述任务和机器人模型的状态生成对应的控制指令并发送到虚拟场景呈现节点；
所述虚拟场景呈现节点构建虚拟场景以及若干机器人模型；接收所述控制指令并驱动所述虚拟场景中对应的机器人模型运动，并向所述移动机器人节点反馈机器人模型的状态。


2.根据权利要求1所述的异构移动机器人的互操作中间件测试系统，其特征在于，所述移动机器人节点包括任务接收与状态反馈模块、决策与运动控制模块以及虚拟场景交互模块；
所述任务接收与状态反馈模块接收所述任务并将机器人模型的状态发送给所述操控终端节点；
所述决策与运动控制模块根据所述任务和机器人模型的状态生成控制指令；当接收到的所述任务为编队任务时，确定自身角色，计算目标点，并生成控制指令；
所述虚拟场景交互模块与所述虚拟场景呈现节点交互，发送控制指令并接收虚拟场景呈现节点反馈的机器人模型的状态。


3.根据权利要求2所述的异构移动机器人的互操作中间件测试系统，其特征在于，所述移动机器人节点任务接收与状态反馈模块、决策与运动控制模块以及虚拟场景交互模块通过接口进程(Interface)、控制进程(Control)、本地服务进程(LocalServer)和USARSim接口进程(USARSimInterface)实现；
接口进程(Interface)用于接收所述任务并将机器人模型的状态发送给所述操控终端节点；
控制进程(Control)用于根据所述任务和机器人模型的状态生成控制指令；当接收到的所述任务为编队任务时，确定自身角色，计算目标点，并生成控制指令；
本地服务进程(LocalServer)用于建立通讯通道；
USARSim接口进程(USARSimInterface)用于发送控制指令并接收虚拟场景呈现节点上，从而驱动虚拟场景呈现节点中相应的机器人模型运动。


4.根据权利要求3所述的异构移动机器人的互操作中间件测试系统，其特征在于，所述移动机器人节点包括采用RCS架构的移动机器人节点和采用ROS架构的移动机器人节点，各个进程之间分别通过RCS架构互操作中间件和ROS架构互操作中间件进行交互。


5.根据权利要求4所述的异构移动机器人的互操作中间件测试系统，其特征在于，所述操控终端节点包括遥控指令发送模块、自主路径跟随任务发送模块、编队任务发送模块、位姿显示模块和判断模块；
所述遥控指令发送模块，在遥控模式下，选择单个所述架构不同的移动机器人节点的IP地址，连接后发送期望的线速度v和角速度ω；判断接收的机器人模型的线速度、角速度和期望的线速度v、角速度ω之间的差别，如果差别在阈值内，则判定对应的架构不同的移动机器人节点的互操作中间件接收遥控指令功能正常；否则，判定对应的架构不同的移动机器人节点的互操作中间件接收遥控指令功能不正常；
所述自主路径跟随任务发送模块，在自主模式下，选择单个所述架构不同的移动机器人节点的IP地址，连接后发送设定的全局路径点；判断接收的机器人模型的运动路径，计算设定的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨甜甜，苏治宝，
申请(专利权)人：中国兵器科学研究院，中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11