机器人语言对话系统的设计

中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）题目：机器人语言对话系统的设计学习中心：重庆信息工程专修学院奥鹏学习中心做论文加260046902年级专业：0409级电子信息工程学生姓名：姜海涛学号：0451480145指导教师：韩亚军职称：讲师导师单位：重庆信息工程专修学院中国石油大学（华东）远程与继续教育学院ii论文完成时间：2007年12月1日中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书发给学员姜海涛1．设计(论文)题目：机器人语言对话系统的设计2．学生完成设计(论文)期限：2007年11月1日至2007年12月1日3．设计(论文)课题要求：要求题材新颖专业，所设计课题能解决实际情况，阐述清楚流畅，论点清晰，要求围绕中心，逻辑性推理强，涉及他人观点请注明出处，对本设计有全面的论证。4．实验（上机、调研）部分要求内容：在课余时间充分利用网络资源和各种参考书籍，做出草稿，再利用所学的电路设计软件和各种各样的画图软件，去设计图形。格式严格按照学校规定排序。5．文献查阅要求：确保文献真实可用，具有教强的理论联系实际方案，引用时应该尊重原作者，必须标注引用出处，本文章建议参考文献：CORBA技术及其应用，论文引用不宜过多过繁复，要求题材新颖，有教强的创新的角度。6．发出日期：2007年11月1日7．学员完成日期：2007年12月1日指导教师签名：学生签名：i摘要所谓基于Web的机器人(我们称之为网络化机器人)远程控制就是将机器人构建在Internet的一个Web站点上，操作人员通过Web浏览器(如NetscapeNavigator或MicrosoftIE)对其进行远程控制。它首要的特点在于它的开放性，以超文本传输协议(HTTP)作为机器人系统的标准通信协议，任何人在任何时候和任何地方，只要能连上Internet，就能实现对远程机器人的控制，因为Internet上的任何站点均可以通过该协议访问到连接在Internet上的机器人，而且普通用户不必了解机器人复杂的操作原理也能进行控制。其次，Web浏览器可以提供生动友好的人机界面，因为浏览器可以支持各种格式的文件，如超文本、动画、音频和三维图像，同时能够处理各种媒体文件的交互式操作，如可以用鼠标操作由VRML描述的3D对象。第三，使得为完成某一任务而使用分布在Internet上的不同的软/硬件资源成为可能。提出这种观点在于参考了纵多远程控制软件的实现，和深入实习生产车间所遇到问题而改建。关键词：internetweb网络化机器人HTTPii目录摘要......................................................i目录......................................................ii第1章前言..................................................1第2章网络化机器人及其控制方式..............................32.1直接控制(DirectControl)...............................32.2间接控制(INDIRECTCONTROL)................................3第3章CORBA技术分析........................................4第4章基于WEB的机器人的系统结构............................7第5章系统实现..............................................95.1用户界面设计..........................................95.2WEB服务器的实现机制..................................10第6章结论................................................19致谢.......................................................20参考文献....................................................211第1章前言随着计算机网络的迅速发展和机器人应用的逐步推广，对远程机器人进行有效监控已经越来越受到人们的关注。如今，Internet几乎无处不在，它极为方便地为人们提供了各种各样的信息和资源。而WorldWideWeb(简称Web)是以一个基于Internet的全球连接的、分布的、动态的、多平台的交互式超媒体信息系统，它使得计算机能够相互传送基于超媒体的数据信息。因此，人们自然想到将机器人远程操控系统建立在Web上，我们称之为基于Web的机器人系统。事实上这种思想由来已久，其发展历史和研究现状见参考文献[6]。构件网络化机器人的远程控制，既在运用现代INTERNET技术及各种现代化计算机技术和PLC编程技术，实现在异地对机器人系统的控制。而且它简单的操作方式，脱离的复杂的机器，只要经过很短时间，可以让任何人在任何地点进行各种复杂的操控。本文将提出用集成工具CORBA来构建基于Web的机器人系统。CORBA以ORB(ObjectRequestBroker)为中间件来建立对象间的Client/Server联系，是远程过程调用的面向对象技术的扩充，它使得对象间能够相互通信，而不用关心对方的具体位置、编程语言及操作系统。3第2章网络化机器人及其控制方式Web机器人就是用户通过Internet访问连接机器人的Web站点，远程控制机器人。我们之所以选择Internet作为通信介质，原因在于以下两点，其一，WorldWideWeb以及与之有关的工具如HTML、VRML、Java等为在人机界面方面的进一步研究提供了很大的空间。其二，Internet在进行机器人远程控制研究方面提供了经济、便捷的可视化环境。机器人的远程控制基本上可以分为两类：直接控制和间接控制。2.1直接控制(DirectControl)在这种控制方式下，由操作人员完全控制机器人，向机器人的某些端口直接发送运动指令函数以完成某项任务，而机器人控制器在远端。显然，这种控制方式对操作人员的要求比较高，需要机器人底层指令和编程语言。2.2间接控制(IndirectControl)或称为监督控制的控制方式(SupervisoryControl)在这种控制方式下，操作人员预先在一个由计算机仿真机器人的虚拟环境中互动地将所需任务(如行走路径)规划好，然后再将其送到远端的实际机器人控制器中执行。也就是说，在实际执行任务时，远端的操作人员置于控制结构闭环之外，从而减小了因传输时延对整个系统的影响。远程操作人员只是发送目标任务或很小一部分相关的必需指令给远端，而任务具体由机器人自治完成同时，监控回路向操作人员反馈有关的传感器信息，如将现场摄像机的图像以一定的格式返回给操作人员。显然，这种控制方式充分利用执行端的本地智能，具有较强的容错和纠错能力同时它还可以使远端操作人员不必持续监控机器人的工作，从而可以减轻操作人员的工作强度因此，后面提出的方案基于该控制方式。4第3章CORBA技术分析公共对象请求代理体系结构CORBA(CommonObjectRequestBrokerArchitecture)是由对象管理组OMG组织制定的一种标准的面向对象应用程序体系规范。CORBA是为了实现分布式计算而引入的。与面向过程的RPC(RemoteProcedureCall)不同，CORBA是基于面向对象技术的，它能解决远程对象之间的互操作问题。微软的COM/DCOM、COM+也能解决这一问题，但它是基于windows，虽然在Solaris等有限的数个操作系统下也能实现，但只有在微软的windows下才能运行得更好。而CORBA是真正跨平台的，平台独立性正是CORBA的初衷之一。另一种能做到平台无关性的技术是JavaRMI(RemoteMethodInvocation)，但它只能用Java实现。而CORBA通过一种叫IDL(InterfaceDefinitionLanguage)的接口定义语言，能做到与语言无关，任何语言都能实现CORBA组件，而CORBA组件也能在任何语言下使用。换言之，CORBA是异构平台下独立于实现语言的对象互操作模型。CORBA的对象管理体系结构OMA(ObjectManagementArchitecture)是由对象请求代理ORB、对象服务、应用对象、领域接口和公共设施组成，它们各自的功能及OMA体系结构的详细分析见参考文献[8]。其中ORB是通信基础，也是CORBA规范的核心部分。使用ORB，客户可以调用服务器的对象或对象中的应用，被调用的对象不要求在同一台机器上。由ORB负责进行通信，同时ORB也负责寻找适合于完成这一工作的对象，并在服务器对象完成后返回结果。单个的ORB结构如图3.1.1所示。5客户对象实现ORB核心动态调用动态调用对象适配器IDL构架ORB接口IDL桩↑↑↑↑↑↑↑图3-1ORB体系结构CORBA上的服务用IDL描述，将被映射为某种程序设计语言如C或Java，并且分为两部分，在客户方叫Disturb(桩)，在服务器方叫IDLSkeleton(构架)。两者可以采用不同的语言。服务器方在Skelton的基础上编写对象实现(ObjectImplementation)，而客户方要访问服务器上的方法，则要通过客户桩(Stub)。而双方又要通过对象请求代理ORB(ObjectRequestBroker)总线通信。对于CORBA对象服务，OMG已经在ORB核心软件总线基础上规范了一系列的CORBA对象服务，以便采用软件重用技术帮助用户快速、可靠地解决特定领域的分布式计算问题。对象实现在执行客户请求时，通过对象适配器OA获取ORB的服务。OA是对象实现访问ORB服务的主要通道，它位于ORB核心通信服务上，为实例化的服务对象提供运行环境，接收请求并传送给服务对象；为服务对象分配对象ID(即对象引用)，并将实现对象注册到实现库中。实现库包含了允许ORB查找和激活对象实现的相关信息。实现库是ORB进行对象匹配的场所。ORB接口则是为客户方和对象实现获取少数几个局部性的基本服务而设，它不依赖于对象实现接口。CORBA给出了一个通用的互操作体系结构，它提供了两种ORB间的互操作协议：GIOP和IIOP。GIOP(GlobalInterORBProtocol)是一种通用协议，它为ORB之间的通信规定了一系列标准传输文法、信息和格式。IIOP(InternetInterORBProtocol)定义了如何在TCP/IP传输上构建GIOP。CORBA规范提供的软件总线的机制，使得任何应用程序、软件系统6或工具只要具有与该接口规范相符合的接口定义，就能方便地集成到CORBA系统中，而这个接口规范独立于任何实现语言和环境。7第4章基于Web的机器人的系统结构采用间接控制方式设计的一个基于Web的机器人远程控制系统如图4.1.1所示。用户用户用户↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑↑图像服务器HTTP服务器摄像机图像采集卡机器人服务器Web服务器SR6工业机器人数据服务器Internet图4-1基于Web的机器人系统结构这是一个典型的三层Client/Server结构。第一层是浏览器，客户通过浏览器访问系统而无需安装任何软件，用户注册、登录等界面由HTML和Script语言结合完成，主控界面采用JavaApplet。第二层是Web服务器，由HTTP服务器和图像服务器组成，作为用户服务和数据服务之间的桥梁，其中HTTP服务器的主要任务：一是通过与数据服务器的连接完成对用户的管理，包括注册、登录及身份认证等；二是维护用户队列，负责控制权的分配；三是与机器人服务器通信，发送客户指令并返回指令的执行结果。图像服务器处理有关图像的H