??? 基于Web的移動(dòng)機(jī)器人遙操作就是通過Internet訪問連接移動(dòng)機(jī)器人的Web站點(diǎn)，來遠(yuǎn)程控制機(jī)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(xué)院的Khep On The Web^[4]，美國Carnegia Mellon大學(xué)的Xavier及NASA的火星探路者M(jìn)ars Polar Lander等。?

??? 隨著Internet發(fā)展，Java作為一種客戶/服務(wù)器技術(shù)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(shù)，利用這些技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)服務(wù)器業(yè)務(wù)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(chǔ)上，結(jié)合Web服務(wù)技術(shù)，不僅能夠克服防火墻對(duì)通訊協(xié)議的限制，而且還能增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)展性和跨語言平臺(tái)性。?

利用JNI（Java本地方法實(shí)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(luò)程序的優(yōu)勢，又克服了java對(duì)底層不太支持的弱點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的控制。?

??? 本文基于J2EE和Web Service技術(shù)的跨平臺(tái)、跨編程語言、易擴(kuò)展和易維護(hù)的軟件結(jié)構(gòu)，利用SOAP、Struts、JNI和J2EE組件技術(shù)以及流媒體等相關(guān)技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作。?

1.?核心架構(gòu)?

??? 從表面看，WebService就是一個(gè)應(yīng)用程序，向外界暴露出一個(gè)能夠通過Web進(jìn)行調(diào)用的API，實(shí)質(zhì)上，它是建立可互操作的分布式應(yīng)用程序的新平臺(tái)。這里，利用J2EE實(shí)現(xiàn)Web Service，使整個(gè)架構(gòu)既具有了跨平臺(tái)性和可移植性，又具有了易擴(kuò)展性和跨語言平臺(tái)性，平臺(tái)結(jié)構(gòu)見圖1。?

??? 基于這種平臺(tái)架構(gòu)，來進(jìn)行機(jī)器人遙操作網(wǎng)站開發(fā)，首先，用戶通過瀏覽器來訪問機(jī)器人遙操作網(wǎng)站，由服務(wù)器中用戶驗(yàn)證EJB進(jìn)行身份驗(yàn)證，當(dāng)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(jī)器人控制的Web服務(wù)，來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制，同時(shí)，機(jī)器人控制器向服務(wù)器返回環(huán)境數(shù)據(jù)，客戶通過訪問服務(wù)器，再來獲得這些數(shù)據(jù)。

2? 系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)

2.1?服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)

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

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

利用SessionBean來實(shí)現(xiàn)所提及的業(yè)務(wù)邏輯，如身份驗(yàn)證EJB、指令驗(yàn)證EJB、發(fā)送指令EJB和接收環(huán)境信息EJB等。同時(shí)，利用EntityBean實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作，完成數(shù)據(jù)的檢索與存儲(chǔ)。EJB組件的可移植性，使無需修改代碼就可以實(shí)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(wù)器與控制器之間的通信實(shí)現(xiàn)?

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

在SOAP出現(xiàn)之前，我利用Socket、RMI和CORBA來實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與機(jī)器人控制器之間的通訊。當(dāng)客戶端與服務(wù)器之間使用Socket進(jìn)行通信的時(shí)候，就需要建立自己的一套協(xié)議，只有在此基礎(chǔ)上，才可以成功的實(shí)現(xiàn)通訊，所以這種方法的擴(kuò)展性很差。RMI是一種分布式對(duì)象模式，但是它只能局限于Java語言。而CORBA把實(shí)現(xiàn)“對(duì)象請(qǐng)求代理”（ORB）的協(xié)議的任務(wù)留給了供應(yīng)商，導(dǎo)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(shí)候，防火墻會(huì)阻止ORB通信。?

2.2.1 SOAP實(shí)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(wù)提供者和客戶經(jīng)過防火墻在Internet上進(jìn)行通訊交互。利用SOAP可以實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與環(huán)境的無關(guān)性和獨(dú)立性，這樣，即使不是Java程序員，也可

??

以利用其他語言實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與機(jī)器人控制器之?

間的通訊。從而，可以使不同的程序員之間進(jìn)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(shí)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(shí)，首先，注意要將?

xercesImpl.jar和xmlParserAPIs.jar兩個(gè)

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a(bǔ)ctivation.jar和mail.jar放在Classpath環(huán)境變量中。最后，由于主Tomcat 腳本錯(cuò)誤地將自己的類插入到現(xiàn)有類路徑之前，從而導(dǎo)致前面提到的順序錯(cuò)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(shè)置。?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 圖2 SOAP執(zhí)行流程

③編寫作為Web服務(wù)的Java類和方法，通過在瀏覽器中輸入U(xiǎn)RL http://localhost:8080/soap，進(jìn)入友好的部署界面，輸入Web服務(wù)的相關(guān)信息，點(diǎn)擊Deploy，就可以將其發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上了。?

④利用EJB組件技術(shù)編寫客戶程序，通過Web服務(wù)的相關(guān)信息，調(diào)用Web服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人控制器遠(yuǎn)程通訊。?

2.3 本地控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)以本實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行863項(xiàng)目的自引導(dǎo)車為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。該自引導(dǎo)車為四輪結(jié)構(gòu)，其兩個(gè)后輪為驅(qū)動(dòng)輪。機(jī)器人控制器通過一塊HY6050數(shù)模轉(zhuǎn)換卡，然后通過驅(qū)動(dòng)電路，來控制機(jī)器人。同時(shí)，控制器接收由下位機(jī)傳送到串口的環(huán)境數(shù)據(jù)。?

Java語言是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程的絕好工具，但是對(duì)于訪問硬件設(shè)備，卻不是它的強(qiáng)項(xiàng)，相比之下，C語言在這方面的功能是非常強(qiáng)大的。這里，我們利用Java本地接口JNI來調(diào)用C語言程序進(jìn)行機(jī)器的控制和環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：?

①設(shè)計(jì)一個(gè)Java類，對(duì)要使用的方法進(jìn)行Native聲明。?

②編譯源文件，然后通過對(duì).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(gè).h文件，其中包括了本地方法原型。?

③以C語言實(shí)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(dòng)態(tài)鏈接庫。?

④創(chuàng)建類的實(shí)例，即可調(diào)用本地方法。在用Microsoft Visual C＋＋編譯器的時(shí)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(shí)現(xiàn)?

流媒體就是應(yīng)用流技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸多媒體文件，而流技術(shù)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(wù)器上，讓用戶一邊下載一邊觀看，而不需要等整個(gè)壓縮文件下載到自己機(jī)器后才可以觀看的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。具體實(shí)現(xiàn)如下：?

①安裝微軟的媒體服務(wù)器軟件，編碼器軟件。?

②啟動(dòng)編碼器軟件，選擇編碼形式、傳輸速度、輸出端口。?

③頁面設(shè)計(jì)，將媒體播放器嵌入網(wǎng)頁，輸入服務(wù)器URL，就可以進(jìn)行流媒體監(jiān)控了。?

2.5 控制平臺(tái)?

整個(gè)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(jī)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(jī)器人現(xiàn)在的狀態(tài)，利用超聲波數(shù)據(jù)來判斷機(jī)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(jìn)行了移動(dòng)機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究，開發(fā)出完整的、可操作的遠(yuǎn)程移動(dòng)機(jī)器人監(jiān)控系統(tǒng)，在局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中進(jìn)行了測試，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的遠(yuǎn)程監(jiān)控操作。?

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

（3）利用Web Service技術(shù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、跨系統(tǒng)和語言平臺(tái)的特性，使得各種技術(shù)可以組合在一起進(jìn)行工作。?

（4）JNI技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了java程序與機(jī)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(shí)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(xiàn) ?

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