基于Web的移动机器人遥操作研究
摘要
网络技术为传统技术搭建了广阔的平台,机器人遥操作技术就是机器人技术应用于网络环境的新方向,它借助网络延伸了自身的控制范围,拓展了遥操作的概念。它目前广泛应用在太空探险中,而且在网络医疗、深水机器人方面也有很大发展,由此,这是一个极具发展前途的领域。
本文论述了基于J2EE(Java 2 Enterprise Edition,Java 2企业版)三层体系结构结合Web服务(Web Service)技术的WEB应用系统的系统构架,以一些应用实例如数据采集模块等的开发为例讨论了移动机器人遥操作平台的分析、设计与实现,并详细讨论了Web设计的Struts应用、应用服务器中的EJB应用、服务器与控制器之间通讯时的Web服务技术应用和JNI(Java Native Interface)在底层系统设计中的应用以及J2ME(Java 2 Micro Edition)在无线控制系统设计中的应用。
系统采用基于J2EE的三层体系结构的方式使得系统具有很强的伸缩性、通用性、兼容性和可操作性,每一层能够专注于特定的角色和功能。Web服务技术使得系统具有了跨语言平台性和扩展性。在移动机器人遥操作平台中结合J2EE和Web服务技术,不仅综合了两项技术的优势,提高了平台的可升级和可移植的性能,而且可以将更多的精力集中在功能的设计上。
移动机器人遥操作平台是一个分布式应用系统,主要由Web服务器模块,应用服务器模块和控制器模块三大结构模块组成。其中Web服务器模块中分为平台的显示部分和逻辑实现部分,应用服务器模块中分为用户的管理部分和机器人相关部分,控制器模块分为机器人控制部分和与应用服务器的通信部分。
移动机器人遥操作平台在实现远程控制方面进行了积极的探索,为机器人爱好者提供了一个可以接触到机器人,学习机器人相关知识,了解机器人发展状况的平台,除此之外,他们还有机会亲自控制一下机器人。
Internet provides a new environment for using traditional techniques. It’s a good idea to develop telerobotics based on Internet. Teleoperation can apply to space navigation, submarine adventure, internet medical, internet entertainment and so on. It’s a very promising field.
In this article, an infrastructure based on J2EE (Java 2 Enterprise Edition) and Web Service is presented, and data sampling module is used as an example to mainly discuss the application of Struts in Web development, the use of EJB (Enterprise Java Bean) in application logics designment, the realization of communication between application server and robot controller with web service, the implementation of native control system with JNI (Java Native Interface) and the use of J2ME (Java 2 Micro Edition) in wireless control system.
The system employs J2EE three-tier based structure and web service, which enables the system to be more flexible, current, scalable and compatible. With J2EE and web service techniques, mobile robot teleoperation platform not only possesses the merits of two techniques and improves the scalability and reusability but also makes all members to pay more attention to the designment and development on functions of the platform.
Mobile robot teleoperation platform is a distributedly implemented system that is mainly divided into three structure modules namely web server module, application server module and controller module. Concretely web server module is combined with layout part and logic part, application server module is combined with user management part and robot control and environment information sample part, and controller module is combined with native control part and communication part.
Teleoperation platform not only provides some experience on teleoperation for farther designment and development, but also provides a platform for robot amateurs to be familiar with robot, learn some knowledge about robot and know the development situation of robot’s teleoperation. Besides amateurs will have chance to control the robot on web by themselves.
本文论述了基于J2EE(Java 2 Enterprise Edition,Java 2企业版)三层体系结构结合Web服务(Web Service)技术的WEB应用系统的系统构架,以一些应用实例如数据采集模块等的开发为例讨论了移动机器人遥操作平台的分析、设计与实现,并详细讨论了Web设计的Struts应用、应用服务器中的EJB应用、服务器与控制器之间通讯时的Web服务技术应用和JNI(Java Native Interface)在底层系统设计中的应用以及J2ME(Java 2 Micro Edition)在无线控制系统设计中的应用。
系统采用基于J2EE的三层体系结构的方式使得系统具有很强的伸缩性、通用性、兼容性和可操作性,每一层能够专注于特定的角色和功能。Web服务技术使得系统具有了跨语言平台性和扩展性。在移动机器人遥操作平台中结合J2EE和Web服务技术,不仅综合了两项技术的优势,提高了平台的可升级和可移植的性能,而且可以将更多的精力集中在功能的设计上。
移动机器人遥操作平台是一个分布式应用系统,主要由Web服务器模块,应用服务器模块和控制器模块三大结构模块组成。其中Web服务器模块中分为平台的显示部分和逻辑实现部分,应用服务器模块中分为用户的管理部分和机器人相关部分,控制器模块分为机器人控制部分和与应用服务器的通信部分。
移动机器人遥操作平台在实现远程控制方面进行了积极的探索,为机器人爱好者提供了一个可以接触到机器人,学习机器人相关知识,了解机器人发展状况的平台,除此之外,他们还有机会亲自控制一下机器人。
Internet provides a new environment for using traditional techniques. It’s a good idea to develop telerobotics based on Internet. Teleoperation can apply to space navigation, submarine adventure, internet medical, internet entertainment and so on. It’s a very promising field.
In this article, an infrastructure based on J2EE (Java 2 Enterprise Edition) and Web Service is presented, and data sampling module is used as an example to mainly discuss the application of Struts in Web development, the use of EJB (Enterprise Java Bean) in application logics designment, the realization of communication between application server and robot controller with web service, the implementation of native control system with JNI (Java Native Interface) and the use of J2ME (Java 2 Micro Edition) in wireless control system.
The system employs J2EE three-tier based structure and web service, which enables the system to be more flexible, current, scalable and compatible. With J2EE and web service techniques, mobile robot teleoperation platform not only possesses the merits of two techniques and improves the scalability and reusability but also makes all members to pay more attention to the designment and development on functions of the platform.
Mobile robot teleoperation platform is a distributedly implemented system that is mainly divided into three structure modules namely web server module, application server module and controller module. Concretely web server module is combined with layout part and logic part, application server module is combined with user management part and robot control and environment information sample part, and controller module is combined with native control part and communication part.
Teleoperation platform not only provides some experience on teleoperation for farther designment and development, but also provides a platform for robot amateurs to be familiar with robot, learn some knowledge about robot and know the development situation of robot’s teleoperation. Besides amateurs will have chance to control the robot on web by themselves.
引文
[1] Theodore T, Blackmon, Lawrence W Stark. Model-based Supervisory Control in Telerobotic. 1996 by the Massachusetts Institute of Technology, 1996,5(2):205-223
[2] Richard Parnas. Log on to Remotely Control Robots. Advanced Manufacturing Technology, 1997,18(12):3-5
[3] Xu, Yangsheng; Brown, H. Benjamin; Friedman, Mark Jr.; Kanade, Takeo. Control system of the self-mobile space manipulator . IEEE Transactions on Control Systems Technology.1994,2(3).207-219
[4] Eric Paulos,John Canny. A World Wide Web Telerobotic Remote Environment Browser, http://vive.cs.berkekev.edu/capek.
[5] Dassonville, I; Jolly, D. Trust between man and machine in a teleoperation. Reliability Engineering & System Safety,1996.53(3).319-325
[6] Subrahmanyam Allamaraju 等 《J2EE 服务器端高级编程》,机械工业出版社 2001.9
[7] 武延军等 《精通 JSP 编程技术》,人民邮电出版社,2001.8
[8] 朱小明 周琳 译 《Enterprise JAVA BEANS》,中国电力出版社,2001.2
[9] (美)Eichard Monson-Haefel 《Enterprise Java Beans 第二版》,中国电力出版社.2001.3
[10] 孙鸣《基于 JDBC 的数据库连接池高效管理策略》,IBM DeveloperWorks,2002.3
[11] 杨钰 卢银娟 赵昊彤等《JSP 网络开发技术》,人民邮电出版社,2001.3
[12] 罗新星 毕文杰《群力所致的 J2EE》计算机世界报 第 14 期 B1、B2、B3
[13] (美)埃克尔.《Java 编程思想》. 机械工业出版社. 2002.9
[14] 蔡朝晖,冯刚《Internet 上给予 JDBC 存取数据库的技术》计算机应用 1998,6
[15] 钱金波 谢金宝《SQL Server 数据库性能优化技术》. 微型机与应用.1999.3
[16] (美)Laura Lemay Rogers Cadenhead.《21 天学通 Java2》人民邮电出版社.2001.5
[17] Herbert Schildt.《Java(TM)参考大全》.清华大学出版社.2002.1
[18] 任昊星 翁海华 杨杨 陈坚. 《基于 Web 的机器人遥操作的研究与实现》 计算机工程 1999
[19] 耿海霞 陈启军. 《基于 Web 的移动机器人控制系统研究及 java 实现》, 同济大学学报2002
[20] 刘鲁.《信息系统设计与应用》 北京航天航空大学. 2000.10.
[21] 孙振飞 应振澍 《软件工程概论》. 湖南科学技术出版社. 1997.3
[22] 李亚东 夏雨佳 席裕庚. 《基于 JNI 的跨平台软件设计》. 计算机工程. 2000
[23] 史宝慧 张晓昉 麦中凡. 《从数据管理到内容管理—企业门户核心技术研究》. 计算机工程与应用. 2001.17
[24] 陈锻生,吴扬扬《.利用 API 建造 Web 数据库系统的中间件技术》.计算机应用,1999,19(4)
[25] (美) 霍斯特曼 科奈尔. 《最新 Java2 核心技术》. 机械工业出版社.2002.2
[26] 宋晓梁 刘东升 许满武. 《中间件及其在三层客户机/服务器模型中的应用》. 计算机应用. 1999.19(7)
[27] 张华平 玄光哲 于贵平 刘泰然. 《基于 JNI 技术应用框架的分析和实现》 吉林大学学报. 2003
[28] 吴晓东. 《Java 程序设计基础》. 清华大学出版社. 2002.5
[29] 张洪斌. 《Java2 高级程序设计百事通》. 中科多媒体电子出版社. 2001.11
[30] (美)伯登著 《Java 开发指南—Servlets 和 JSP 篇》.电子工业出版社. 2001.5
[31] David Wendt. 《在 Windows 中实现 Java 本地方法》. IBM 中国 Java 技术网, 1999
[32] (美)Wendy Boggs, Michael Boggs 《UML 与 Rational Rose 2002 从入门到精通》电子工业出版社. 2002
[33] 王炜等《JavaBeans 组件程序设计》. 清华大学出版社,1999.1
[34] 刘湛《J2EE 全面简介》,IBM DeveloperWorks,2001.7
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[36] (美) Ivor Horton. 《Java 2 编程指南(JDK1.3 版)》. 电子工业出版社. 2001.11
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[38] 阎宏. 《Java 与模式》. 电子工业出版社. 2002.10
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[40] (美)Ellen Siever, Stephen Spainhour. 《LINUX 技术手册》. 中国电力出版社. 2003.7
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