一种非ROS程序与ROS程序的交互通信系统技术方案

本发明专利技术提供了一种非ROS程序与ROS程序的交互通信系统，包括ROS节点和代理节点，代理节点包括代理发布节点和代理订阅节点，代理发布节点包含两个部分，ROS发布器和基于TCP通信与中心通信节点的订阅者，代理订阅节点包含两个部分，ROS订阅器和基于TCP通信与中心通信节点的发布器。本发明专利技术提供了ROS程序当中的中间件，基于TCP通讯方式以Protobuf格式的API为非ROS环境提供与ROS程序进行交互通信的方法，实现高吞吐率，在网络中减轻通信带宽压力，简化非ROS节点与ROS节点的环境配置，只需要一个launch文件即可实现。launch文件即可实现。launch文件即可实现。

【技术实现步骤摘要】
一种非ROS程序与ROS程序的交互通信系统


[0001]本专利技术属于网络通信
，特别涉及一种非ROS程序与ROS程序的交互通信系统。

技术介绍

[0002]ROS是一个适用于机器人编程的框架，这个框架把原本松散的零部件耦合在了一起，为他们提供了通信架构。ROS虽然叫做操作系统，但并非Windows、Mac那样通常意义的操作系统，它只是连接了操作系统和你开发的ROS应用程序，所以它也算是一个中间件，基于ROS的应用程序之间建立起了沟通的桥梁，所以也是运行在Linux上的运行时环境，在这个环境上，机器人的感知、决策、控制算法可以更好的组织和运行。
[0003]在一个ROS程序中，包含了一系列的独立节点。这些节点之间，通过发布/订阅的消息模型进行通信。例如，某个传感器的驱动可以实现为一个节点，然后以发布消息的形式对外发送传感器数据。这些数据可以被多个其他节点接收，例如：过滤器，日志系统等等。
[0004]ROS程序中的节点可能位于不同的主机上，例如：在一个Arduino设备上发布消息，一台笔记本电脑订阅这些消息，一个Android手机也监测这些消息。节点之间通过发布和订阅主题进行通讯。例如，在某个机器人系统中，位于机器人上有一个相机模块可以获取图像数据。另外在机器人上有一个图像处理模块需要获取图像数据，与此同时还有另外一个位于个人PC上的模块也需要这些图像数据。那么，相机模块可以发布/image_data这个主题供其他两个模块来订阅。
[0005]ROS程序中包含了一个主节点，主节点使得其他节点可以查询彼此以进行通讯。所有节点都需要在主节点上进行注册，然后就可以与其他节点通讯了。
[0006]目前官方ROS实现分布式通信，需要在所有独立节点和主节点先安装ROS程序，然后在主节点布置ROS主通信程序，其它节点可以连上这个主通信程序。
[0007]因此，实现跟ROS进行分布式通信成本太高昂，大家寻思用C/S架构可能更符合移动平台的需求，于是提出了rosbridge协议，该协议的基本思想是将节点间的分布式通信，改成client节点与一个代理节点进行C/S通信，然后代理节点再将请求转发给server节点，多端就不需要实现整个ROS平台，只需要跟代理节点通信即可。它通过websocket以JSON格式的API为非ROS环境提供ROS通信支持
[0008]rosbridge采用websocket协议，WebSocket是为了满足基于Web的日益增长的实时通信需求而产生的。在传统的Web中，要实现实时通信，通用的方式是采用HTTP协议不断发送请求。
[0009]rosbridge以JSON作为API，JSON是一种轻量级的数据交换格式。它基于ECMAScript(欧洲计算机协会制定的js规范)的一个子集，采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。JSON无法实现二进制的有效传输，如：需要把一张图片或二进制数据序列化成BASE64或其它编码方法成字符串。但这种方式浪费空间和带宽，序列化的过程占用时间，浪费各节点的CPU时间。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供一种非ROS程序与ROS程序的交互通信系统，以解决现有技术存在的浪费带宽(HTTP HEAD是比较大的)，又消耗服务器CPU占用(没有信息也要接受请求)，无法实现二进制的有效传输，列化的过程占用时间，浪费各节点的CPU时间的问题。
[0011]本专利技术提供如下的技术方案：
[0012]一种非ROS程序与ROS程序的交互通信系统，ROS程序包括ROS节点和代理节点，ROS节点与代理节点完成数据交换后，代理节点再将数据请求转发给中心通信节点；
[0013]所述代理节点包括代理发布节点和代理订阅节点；
[0014]所述代理订阅节点包含ROS订阅器和基于TCP通信与中心通信节点的发布器，
[0015]ROS订阅器注册到节点管理器，ROS订阅器收到其订阅的主题上的所有消息，并且所有订阅同一主题的ROS订阅器接收到同样的消息，所述ROS订阅器接收的是基于Rosmsg协议的消息，将基于Rosmsg协议的消息转换成Protobuf信息，再通过所述基于TCP通信与中心通信节点的发布器转发Protobuf信息到所有订阅同一主题的非ROS平台；
[0016]所述代理发布节点包含ROS发布器和基于TCP通信与中心通信节点的订阅者，
[0017]基于TCP通信与中心通信节点的订阅者向该中心通信节点注册订阅，由中心通信节点来进行过滤，基于TCP通信与中心通信节点的订阅者接收的是基于Protobuf协议的消息，将基于Protobuf协议的消息转换成Rosmsg信息，再通过ROS发布器转发Rosmsg信息到ROS程序。
[0018]进一步地，所述非ROS平台包括中间件消息接口。
[0019]进一步地，在所述ROS程序中，使用msg描述文件定义模块间的消息接口。
[0020]进一步地，所述msg描述文件被转换成Protocol Buffers格式的proto的协议脚本文件，proto的协议脚本文件被编译成目标语言。
[0021]进一步地，所述目标语言包括C++、Java、Python、Objective
‑
C、C#、JavaNano、JavaScript、Ruby、Go、PHP。
[0022]进一步地，所述目标语言的所有数组被转换成repeated类型的数组。
[0023]进一步地，所述中间件消息接口包括Publisher接口或Subscriber接口。
[0024]进一步地，所述Protocol Buffers格式能够将结构化数据序列化，所述Protocol Buffers格式用于数据存储、通信协议。
[0025]本专利技术的有益技术效果至少在于以下几点：
[0026](1)本专利技术提供了一个ROS程序中的中间件，基于TCP通讯方式以Protobuf格式的API为非ROS环境提供与ROS程序进行交互通信的方法，包括话题的订阅和消息的发布将节点间的分布式通信，实现高吞吐率，Protobuf协议采用字节码编码，在网络中减轻通信带宽压力；
[0027](2)本专利技术简化非ROS节点与ROS节点的环境配置，只需要一个launch文件即可实现；
[0028](3)本专利技术支持Protobuf协议与ROS通信协议之间建立自动映射和转换的方法；
[0029](4)本专利技术支持中心化服务器和客户端组件；
[0030](5)本专利技术支持水平扩展及分布式通信。
附图说明
[0031]利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0032]图1是本专利技术实施例非ROS程序与ROS程序通信技术方法的示意图；
[0033]图2是本专利技术无人机穿环实用案例进行图像数据通讯测试示意图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非ROS程序与ROS程序的交互通信系统，其特征在于，ROS程序包括ROS节点和代理节点，ROS节点与代理节点完成数据交换后，代理节点再将数据请求转发给中心通信节点；所述代理节点包括代理发布节点和代理订阅节点；所述代理订阅节点包含ROS订阅器和基于TCP通信与中心通信节点的发布器，ROS订阅器注册到节点管理器，ROS订阅器收到其订阅的主题上的所有消息，并且所有订阅同一主题的ROS订阅器接收到同样的消息，所述ROS订阅器接收的是基于Rosmsg协议的消息，将基于Rosmsg协议的消息转换成Protobuf信息，再通过所述基于TCP通信与中心通信节点的发布器转发Protobuf信息到所有订阅同一主题的非ROS平台；所述代理发布节点包含ROS发布器和基于TCP通信与中心通信节点的订阅者，基于TCP通信与中心通信节点的订阅者向该中心通信节点注册订阅，由中心通信节点来进行过滤，基于TCP通信与中心通信节点的订阅者接收的是基于Protobuf协议的消息，将基于Protobuf协议的消息转换成Rosmsg信息，再通过ROS发布器转发Rosmsg信息到ROS程序。2.根据权利要求1所述的非ROS程序与ROS程序的交互通信系统，其特征在于，所述非ROS平台包括中间件消息接口。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓聪，张艺川，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：