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工业机器人应用论文机器人应用论文基于中间件的工业机器人软件框架的研究与应用摘要:在国内首次利用中间件技术为机车检修工业机器人设计开发了可扩展、可升级、可移植的软件应用框架。详细介绍了软件框架的设计与实现，包括两层结构服务器的实现、框架的技术指标以及系统IDL的具体设计与定义。最后，对未来的研究工作进行了规划。关键词:中间件；公共对象请求代理体系结构；工业机器人； 机车维修0引言列车机车车辆的检查和维修是铁路机务段和机车维修厂的主要任务。维修车间每天需要检查维修的列车有几十列。每辆列车都要拆解、检查、更新，然后重新组装投入运营，工作量巨大。因为汽车底盘是磨损和消耗最集中的部分，所以火车的保养主要是针对汽车底盘的。机车底盘的维修流程一般如下:a)取出四组轴承耳，检查轴承耳；b)取出弹簧组，检查机车轴承两侧的弹簧；c)翻转机车轴承，取下横杆，检查横杆；d)拆除机车轴承两端的三角梁；e)拆除四个八字形上的垫片，并焊接新垫片；f) 重新安装横杆，翻转机车轴承；h)重新安装弹簧组。以上每个步骤持续5~10分钟。目前国内所有的工作都是人工操作，辅以简单的机械设备，自动化水平很低。基于上述情况，利用工业机器人装配线实现机车制动盘维修自动化的研究已经展开。维护生产线的总体设计布局如图1所示。图中为逆时针方向流动，右侧工作区为步骤a)~ d)；左侧工作区为步骤f)~ I)；中间是步骤e)。步骤e)配置四个焊接机器人，其他步骤配置一个机器人，一个移动机器人作为AGV，负责将弹簧和轴承耳从右工作带运送到左工作带。整个过程包括13个机器人。在研发阶段， 步骤c)和g)使用自行设计制造的特种机器人，AGV使用Pioneer，其他步骤使用两个6自由度的UP6机械手。在现场应用中，机器人类型和工作站不同，控制方式和通信协议也不同，工作流程也是异构的。每个机器人都必须按照一定的节奏工作，以保证在给定的时间内完成整个过程。符合现场应用要求的软件框架可以管理工业机器人，调度指定作业，为作业编辑、仿真和实时监控提供有效的可视化手段。根据网站的特点和需求，采用中间件技术和虚拟现实技术实现了软件框架。当前可用的中间件技术包括。NET，IBM SOM，SOAP，RTC，Sun的Java/RMI等。软件框架的系统中间件采用C++， 而且除了C++，客户端也用Java/RMI。它由OMG提出并维护，独立于供应商。

协议[1]，为可移植的分布式计算应用提供平台无关的编程接口和服务模型。由于它独立于编程语言、操作系统平台和网络协议，非常适合于分布式应用系统的集成和现有系统中新应用软件的开发[2]。图2显示了该机制中的组件模型，它们共同实现了的互操作性、可移植性和其他特性。其中，客户端和驻留在服务器中的各种对象通过ORB()互连相互通信。ORB可以由不同的制造商实现，但都遵循相同的协议，这对客户端是透明的，不可区分的。实时协议[3]扩展了核心模型，时间建筑需要。目前可用的实时是基于C++和Java实现的。编程接口是实时设计的，可以在应用程序中配置和控制计算机处理器、通信和内存资源。由于这些特征，软件框架采用实时提供的一些特征和服务。测试环境如图3所示。软件框架的测试环境基于局域网，实际上包括三个机器人单元、一个网络计算服务器和几台工业pc机。两个机器人单元是UP6机械手、它们的支持控制器和本地工业计算机。机械手有六个自由度，由控制器直接控制，控制器可以通过RS、232或以太网卡连接到工业PC，如图4所示。系统服务器的配置如下:操作系统为AS3CPU是至强处理器3(00 GHz； RAM为2gb；是ACE/TAO 1(4；数据库是9i for。客户端开发使用三台工控机:一台运行操作系统进行编程调试；两台机器正在运行。其中一个运行C++和ACE/TAO开发基于C/S模式的客户端应用。另一个安装了JDK来开发基于RMI的B/S客户端应用程序。图5示出了客户端应用程序结构。根据图3~5，整个软件框架的通信基于IIOP(，ORB)。该协议将GIOP(，ORB)定义为其合作的基本框架，但GIOP只是一个抽象的概念定义，不能直接应用于ORB之间的通信。IIOP是基于TCP/IP的GIOP的具体实现。在软件框架中，客户端应用程序和系统服务器之间的通信， 以及机器人工作单元和系统服务器之间的通信都基于IIOP。2系统中间件的设计图3和图4中的服务器设计是两层结构，而文献[1，4~7，9]中的服务器设计是单层结构。这种设计是因为应用需要高实时性。如参考文献[6]所述，导致中间件系统实时性差的因素有很多，包括用户响应、网络传输、协议处理、服务处理、显示处理等等。如果所有13个机器人的工作负载和多个用户的请求处理都集中在系统主服务器上，那么系统主服务器就会成为整个系统性能的瓶颈。为了解决这个问题

如图4所示，由于具体机器人的行为和控制方式相对固定，所以为每个机器人配置一台本地工业PC，搭建一个环境，开发一个本地服务程序来处理机器人的具体操作。这样，系统的主服务器可以专注于高级的综合性任务和事务，如作业调度、远程实时监控、作业模拟、系统日志、客户请求处理等。系统主服务器通过RM()与机器人单元进行交互，每个机器人在系统主服务器的实时POA(real，time，)中都有对应的RM，如图6所示。RM是主服务器和本地机器人的双重代理，主服务器只和代一起工作。

机器人的RM交互，不考虑机器人的具体实现；本地机器人只与它自己的RM交互，而不管它所在的主机服务器的设计和实现。服务器的两层结构设计将应用中的低层具体操作与概念层的高层服务模型分离，提高了系统的升级扩展能力和可移植性。在系统中添加或移除机器人时，在不影响系统整体概念设计和实现架构的情况下，只需配置相应的RM模块，无需考虑机器人的具体操作和相关编码实现。当主服务器被移植到新的硬件服务器或运行新的操作系统时， 在新的环境中，与机器人相关的基础应用程序不需要重新编译或改变。软件框架中采用的标准服务包括:a)命名服务()。提供透明的中间件服务定位是基本的标准服务。服务器端托管和维护服务对象，并用字符串名称广播它们；客户端可以通过解析这些字符串名称获得所需的服务对象引用，然后获得所需的服务，而不考虑服务对象和服务器的位置和具体实现。