機器人遙操作網(wǎng)絡通信平臺的設計

　　圖4（a）顯示的是服務器端運行之后的界面。服務器端是該程序的核心端，所有客戶端的數(shù)據(jù)都將傳輸?shù)椒掌鞫耍蛻舳酥g通信需要通過服務器端進行中轉(zhuǎn)。而本文所設計的程序中的服務器端不僅可以實現(xiàn)以廣播的形式向所有連接到該服務器的客戶端發(fā)送信息，還可以以單對單通信的方式向單個的客戶端進行通信。在圖 4（a）中就顯示了服務器端分別利用這兩種方式進行了通信。點擊界面中的發(fā)送按鈕就采取廣播式發(fā)送信息，而點擊界面中的1和2兩個按鈕則是對特定客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　本文設計的程序可以支持多個不同的

(a)

(b)

(c)

圖4 通信平臺運行界面

　　客戶端和服務器進行連接并通信。圖4（b）顯示的是IP為“192.168.0.106”的客戶端和服務器建立連接之后的通信，而圖4（c）則是IP為“192.168.0.110”的客戶端和服務器通信的界面。

　　3 實驗性能分析

　　1.時延和數(shù)據(jù)的丟失問題

　　機器人遙操作要求數(shù)據(jù)傳輸要具備可靠性和次序性，TCP協(xié)議提供了可靠而有序的傳輸，基于這一特性，可以在傳輸過程中使用超時重傳、分段、重組等檢錯糾錯策略，通過這些檢錯糾錯策略可以保證在數(shù)據(jù)傳輸過程中的可靠性和有序性，可以有效的防止數(shù)據(jù)的丟失。

　　機器人遠端遙操作控制的采用并不意味著實時控制作用被上移到網(wǎng)絡，實時控制依然由現(xiàn)場的控制單元來完成，而網(wǎng)絡遙操作更關注的是對現(xiàn)場信息的監(jiān)視和管理以及對機器人的非實時控制，所以TCP通信在傳輸過程中存在的時延問題也就顯得影響不大。
　2.數(shù)據(jù)共享問題及其解決方案

　　由于本文中程序是多任務多線程的，當多個客戶端同時連接到服務器時，多任務、多線程就極易造成數(shù)據(jù)共享問題。數(shù)據(jù)共享問題可以解釋如下：假定有多個函數(shù)（或者ISR、任務）共享一個變量，如果在某一時刻存在對該變量的數(shù)值的操作，并且在對其施加操作的的過程中，僅有部分操作完成，還有一部分沒有完成，若在此時產(chǎn)生一個中斷，如果此時還有另一個函數(shù)也在共享該變量，且前面的操作已經(jīng)完成，該變量的數(shù)值可能與預期的不同。因此，當一個函數(shù)與另一個函數(shù)共享某變量時，所調(diào)用的ISR或者另一個函數(shù)都有可能改變此變量，是變量的數(shù)值發(fā)生變化，在返回時此變量的新數(shù)值將從堆棧轉(zhuǎn)載到四個寄存器中，未完成的操作將按照寄存器中的新數(shù)值執(zhí)行，程序就會發(fā)生錯誤。

　　在本文中，利用了以下措施消除了程序中由共享數(shù)據(jù)問題所導致的錯誤。

1） 對于從中斷返回的變量，在聲明中使用了volatile。此聲明可以警告編譯器，這些變量是可更改的。
2）在中斷之前將完全執(zhí)行的部分中對原子指令使用可再生函數(shù)，此部分叫臨界段。
3） 將共享的變量放入循環(huán)隊列中。需要使用該變量數(shù)值的函數(shù)總是從隊列的前端將其刪除。而另一些寫入該變量的數(shù)值的函數(shù)總是從隊列的末端進行操作。
4）在臨界段開始執(zhí)行之前通過使用信號量來關閉中斷，在其完成之時打開中斷。

　　4 結(jié)論

　　本文設計了一種基于TCP協(xié)議的網(wǎng)絡通信平臺，通過該平臺可以實現(xiàn)遠程客戶機與本地服務器之間的信息通信，而且保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院痛涡蛐裕瑢C器人的遙操作提供了可靠的網(wǎng)絡通信條件。

　　網(wǎng)絡通信平臺的建立，擴大了對機器人操作的遠程化距離，而且該平臺具有架構(gòu)容易，低成本，維護便利等優(yōu)點，對機器人遙操作領域的技術進步將會起到幫助作用。