??? 基于Web的移動機器人遙操作就是通過Internet訪問連接移動機器人的Web站點，來遠程控制機器人^[1]。其最早出現(xiàn)于1994年^[2][3],著名的有瑞士聯(lián)邦工學院的Khep On The Web^[4]，美國Carnegia Mellon大學的Xavier及NASA的火星探路者Mars Polar Lander等。?

??? 隨著Internet發(fā)展，Java作為一種客戶/服務器技術而倍受矚目^[5]。在Java Applet之后，先后出現(xiàn)JSP、Servlet和EJB等J2EE組件技術，利用這些技術，可實現(xiàn)服務器業(yè)務邏輯的組件開發(fā)，從而提高程序員的開發(fā)效率。在此基礎上，結(jié)合Web服務技術，不僅能夠克服防火墻對通訊協(xié)議的限制，而且還能增強整個系統(tǒng)的擴展性和跨語言平臺性。?

利用JNI（Java本地方法實現(xiàn)），可以使Java和C無縫結(jié)合，既發(fā)揮了Java開發(fā)網(wǎng)絡程序的優(yōu)勢，又克服了java對底層不太支持的弱點，從而實現(xiàn)了對移動機器人的控制。?

??? 本文基于J2EE和Web Service技術的跨平臺、跨編程語言、易擴展和易維護的軟件結(jié)構(gòu)，利用SOAP、Struts、JNI和J2EE組件技術以及流媒體等相關技術，來實現(xiàn)移動機器人的遠程監(jiān)控與操作。?

1.?核心架構(gòu)?

??? 從表面看，WebService就是一個應用程序，向外界暴露出一個能夠通過Web進行調(diào)用的API，實質(zhì)上，它是建立可互操作的分布式應用程序的新平臺。這里，利用J2EE實現(xiàn)Web Service，使整個架構(gòu)既具有了跨平臺性和可移植性，又具有了易擴展性和跨語言平臺性，平臺結(jié)構(gòu)見圖1。?

??? 基于這種平臺架構(gòu)，來進行機器人遙操作網(wǎng)站開發(fā)，首先，用戶通過瀏覽器來訪問機器人遙操作網(wǎng)站，由服務器中用戶驗證EJB進行身份驗證，當客戶獲得控制權(quán)后，即可通過接收發(fā)送指令EJB來調(diào)用機器人控制的Web服務，來實現(xiàn)機器人控制，同時，機器人控制器向服務器返回環(huán)境數(shù)據(jù)，客戶通過訪問服務器，再來獲得這些數(shù)據(jù)。

2? 系統(tǒng)具體實現(xiàn)

2.1?服務器端實現(xiàn)

Struts是一種 MVC 實現(xiàn)，它將 Servlet 2.2 和 JSP 1.1 標記（屬于 J2EE 規(guī)范）用作實現(xiàn)的一部分。利用Struts結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)更容易維護，程序員的分工更明確。?

利用JSP與客戶進行交互，獲取客戶的個人信息和發(fā)出的指令信息，服務器要對客戶信息和指令信息進行驗證，然后通過服務器向機器人控制器發(fā)送指令。與此同時，服務器還要接收從機器人控制器上傳的環(huán)境數(shù)據(jù)。?

利用SessionBean來實現(xiàn)所提及的業(yè)務邏輯，如身份驗證EJB、指令驗證EJB、發(fā)送指令EJB和接收環(huán)境信息EJB等。同時，利用EntityBean實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作，完成數(shù)據(jù)的檢索與存儲。EJB組件的可移植性，使無需修改代碼就可以實現(xiàn)性能的提升成為可能，從而提高了開發(fā)人員的效率。?

2.2 服務器與控制器之間的通信實現(xiàn)?

服務器與機器人控制器分布于局域網(wǎng)的不同機器上，構(gòu)成分布式機器人系統(tǒng)。本系統(tǒng)中，利用SOAP，實現(xiàn)分布式控制。?

在SOAP出現(xiàn)之前，我利用Socket、RMI和CORBA來實現(xiàn)服務器與機器人控制器之間的通訊。當客戶端與服務器之間使用Socket進行通信的時候，就需要建立自己的一套協(xié)議，只有在此基礎上，才可以成功的實現(xiàn)通訊，所以這種方法的擴展性很差。RMI是一種分布式對象模式，但是它只能局限于Java語言。而CORBA把實現(xiàn)“對象請求代理”（ORB）的協(xié)議的任務留給了供應商，導致大部分CORBA1.0 ORB不能互操作。CORBA2.0引入了“ORB間協(xié)議”（IIOP），但是有時候，防火墻會阻止ORB通信。?

2.2.1 SOAP實現(xiàn)方法

SOAP是一開放協(xié)議，采用HTTP作為底層通訊協(xié)議，RPC作為一致性的調(diào)用途徑，XML作為數(shù)據(jù)傳輸格式，允許服務提供者和客戶經(jīng)過防火墻在Internet上進行通訊交互。利用SOAP可以實現(xiàn)平臺與環(huán)境的無關性和獨立性，這樣，即使不是Java程序員，也可

??

以利用其他語言實現(xiàn)服務器與機器人控制器之?

間的通訊。從而，可以使不同的程序員之間進行?

清晰的分工，提高軟件開發(fā)的效率。圖2為SOAP?

的執(zhí)行流程。?

利用SOAP實現(xiàn)步驟：?

①本系統(tǒng)使用的軟件環(huán)境是ApacheSoap-2_3_1、?

Apache Jakarta Tomcat4.0和Xerces-J-bin.2.4.0。?

②在配置軟件環(huán)境時，首先，注意要將?

xercesImpl.jar和xmlParserAPIs.jar兩個

包放在Classpath環(huán)境變量中的前面，避免?

發(fā)現(xiàn)別的XML解析文件，從而無法正確工作。其次，在Apache Soap2.0以上的版本，需要把activation.jar和mail.jar放在Classpath環(huán)境變量中。最后，由于主Tomcat 腳本錯誤地將自己的類插入到現(xiàn)有類路徑之前，從而導致前面提到的順序錯誤的xercesImpl.jar和xmlParserAPIs.jar問題，所以要修改Tomcat內(nèi)部環(huán)境變量的設置。?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 圖2 SOAP執(zhí)行流程

③編寫作為Web服務的Java類和方法，通過在瀏覽器中輸入URL http://localhost:8080/soap，進入友好的部署界面，輸入Web服務的相關信息，點擊Deploy，就可以將其發(fā)布到網(wǎng)絡上了。?

④利用EJB組件技術編寫客戶程序，通過Web服務的相關信息，調(diào)用Web服務，實現(xiàn)與機器人控制器遠程通訊。?

2.3 本地控制系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)以本實驗室進行863項目的自引導車為實驗對象。該自引導車為四輪結(jié)構(gòu)，其兩個后輪為驅(qū)動輪。機器人控制器通過一塊HY6050數(shù)模轉(zhuǎn)換卡，然后通過驅(qū)動電路，來控制機器人。同時，控制器接收由下位機傳送到串口的環(huán)境數(shù)據(jù)。?

Java語言是進行網(wǎng)絡編程的絕好工具，但是對于訪問硬件設備，卻不是它的強項，相比之下，C語言在這方面的功能是非常強大的。這里，我們利用Java本地接口JNI來調(diào)用C語言程序進行機器的控制和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，具體實現(xiàn)方法如下：?

①設計一個Java類，對要使用的方法進行Native聲明。?

②編譯源文件，然后通過對.class文件使用javah使用程序來創(chuàng)建C函數(shù)原型。在此過程中，將生成一個.h文件，其中包括了本地方法原型。?

③以C語言實現(xiàn)本地方法，在C語言文件中需要引入上一步驟生成的.h文件，然后可以利用Microsoft Visual C＋＋編譯器來編譯C源文件來創(chuàng)建動態(tài)鏈接庫。?

④創(chuàng)建類的實例，即可調(diào)用本地方法。在用Microsoft Visual C＋＋編譯器的時候，C語言中，訪問硬件地址的命令為outp和inp，而在VC＋＋中，是_outp和_inp，所以要把C語言程序中的命令形式改為VC＋＋中的命令形式，方可編譯成功。?

2.4 流媒體視頻監(jiān)控實現(xiàn)?

流媒體就是應用流技術在網(wǎng)絡上傳輸多媒體文件，而流技術就是把連續(xù)影像和聲音信息經(jīng)過壓縮處理后放到網(wǎng)站服務器上，讓用戶一邊下載一邊觀看，而不需要等整個壓縮文件下載到自己機器后才可以觀看的網(wǎng)絡傳輸技術。具體實現(xiàn)如下：?

①安裝微軟的媒體服務器軟件，編碼器軟件。?

②啟動編碼器軟件，選擇編碼形式、傳輸速度、輸出端口。?

③頁面設計，將媒體播放器嵌入網(wǎng)頁，輸入服務器URL，就可以進行流媒體監(jiān)控了。?

2.5 控制平臺?

整個系統(tǒng)由視頻監(jiān)控中心、控制中心和超聲波數(shù)據(jù)顯示中心組成，客戶通過控制中心向機器人控制器發(fā)送控制指令，通過視頻監(jiān)控中心監(jiān)控機器人現(xiàn)在的狀態(tài)，利用超聲波數(shù)據(jù)來判斷機器人現(xiàn)在的橫向位置與位姿。系統(tǒng)的控制中心見圖3。

3 結(jié)論?

（1）本文進行了移動機器人遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究，開發(fā)出完整的、可操作的遠程移動機器人監(jiān)控系統(tǒng)，在局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中進行了測試，可以實現(xiàn)機器人的遠程監(jiān)控操作。?

（2）利用EJB組件技術，開發(fā)出各種功能模塊組件，增強系統(tǒng)的可移植性和應用性，實現(xiàn)一處開發(fā)，處處可用。?

（3）利用Web Service技術，增強了系統(tǒng)的可擴展性、跨系統(tǒng)和語言平臺的特性，使得各種技術可以組合在一起進行工作。?

（4）JNI技術的應用實現(xiàn)了java程序與機器人現(xiàn)有控制程序間的無縫連接。?

（5）本文采用JSP、Servlet、JavaBean、EJB和Soap的組合實現(xiàn)分布式系統(tǒng)，其中，Soap基于HTTP傳輸協(xié)議，可以越過客戶端防火墻限制。?

參考文獻 ?

[1] 任昊星,翁海華,楊楊,陳堅.基于Web的機器人遙操作的研究與實現(xiàn).計算機工程,1999?

[2] Goldberg K, Gentner S, Sutter C, et al. The mercury project: A feasibility study for Internet robots. IEEE Robotics and Automation magazine 2000?

[3] Taylor K, Dalton B. Internet robots: A new robotics niche. IEEE Robotics and Automation magazine 2000?

[4] Saucy P, Mondada F, Open access to a mobile robot on the Internet. IEEE Robotics and Automation magazine 2000?

[5] 耿海霞,陳啟軍.基于Web的移動機器人控制系統(tǒng)研究及java實現(xiàn).同濟大學學報,2002?