機(jī)器人實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及其開(kāi)發(fā)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、    機(jī)器人實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)及其開(kāi)發(fā)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)        陳 洋，陸宇平 時(shí)間:2008年06月24日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:<"cblue" " target='_blank'>控制系統(tǒng)<"cblue" " target=&

2、#39;_blank'>控制平臺(tái)<"cblue" " target='_blank'>視頻數(shù)據(jù)<"cblue" " target='_blank'>數(shù)據(jù)塊<"cblue" " target='_blank'>遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)            摘要： 以實(shí)時(shí)性、可靠性為前提，設(shè)計(jì)了一套機(jī)器人

3、遠(yuǎn)程<"cblue" " title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)。介紹了其中的遠(yuǎn)程<"cblue" " title="控制平臺(tái)">控制平臺(tái)和本地控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)；機(jī)器人<"cblue" " title="遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)">遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)；展示了開(kāi)發(fā)實(shí)例。關(guān)鍵詞： 機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 遠(yuǎn)程控制平臺(tái) 本地控制系統(tǒng) 自適應(yīng)視頻傳輸方案 開(kāi)發(fā)庫(kù)?近年來(lái)，隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和日益成熟，利用WLAN

4、和LAN的混和組網(wǎng)，使基于網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人遠(yuǎn)程控制成為一個(gè)熱門(mén)的研究領(lǐng)域。本文設(shè)計(jì)了一套移動(dòng)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于如時(shí)延網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、基于事件驅(qū)動(dòng)方式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制策略、目標(biāo)識(shí)別技術(shù)等方面的研究。1 硬件環(huán)境被控的機(jī)器人采用了美國(guó)Activmedia Robotics公司的P3-DX多功能智能移動(dòng)機(jī)器人。它配備了車載計(jì)算機(jī)(裝有無(wú)線網(wǎng)卡、視頻采集卡)、帶抓手的5自由度手臂、水平轉(zhuǎn)動(dòng)/傾斜攝像頭及4組共16個(gè)聲納。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境, 無(wú)線路由器通過(guò)其廣域連接端口連接到校園網(wǎng)，并能通過(guò)校園網(wǎng)訪問(wèn)Internet，從而構(gòu)成了一個(gè)廣域網(wǎng)系

5、統(tǒng)。機(jī)器人通過(guò)其車載計(jì)算機(jī)上的無(wú)線網(wǎng)卡與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的無(wú)線局域網(wǎng)互聯(lián)，從網(wǎng)絡(luò)的任何節(jié)點(diǎn)都可以遠(yuǎn)程控制機(jī)器人。2 機(jī)器人實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以實(shí)時(shí)性及可靠性為前提進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.1 基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個(gè)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制平臺(tái)、本地控制系統(tǒng)兩部分組成。整套軟件系統(tǒng)建立在Windows2000上。遠(yuǎn)程控制平臺(tái)提供從遠(yuǎn)程終端對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制的圖形化的平臺(tái)。它提供圖形化的控制指令發(fā)送接口、機(jī)器人狀態(tài)反饋信息以及現(xiàn)場(chǎng)<"cblue" " title="視頻數(shù)據(jù)">視頻數(shù)據(jù)的顯示。本地控制系統(tǒng)位于車載計(jì)算機(jī)上，它用于接收從

6、遠(yuǎn)程控制平臺(tái)發(fā)送過(guò)來(lái)的指令，然后通過(guò)串口轉(zhuǎn)發(fā)給機(jī)器人微處理器，使機(jī)器人執(zhí)行實(shí)際的控制指令，同時(shí)輪詢機(jī)器人的狀態(tài)信息并發(fā)送給遠(yuǎn)程控制平臺(tái)。與此同時(shí)本地控制系統(tǒng)還將采集現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)，壓縮打包后發(fā)給遠(yuǎn)程控制平臺(tái)。在軟件開(kāi)發(fā)中將直接使用機(jī)器人開(kāi)發(fā)商提供的編程接口ARIA。該接口封裝了車載計(jì)算機(jī)與機(jī)器人微處理器之間的串口通信。2.2 遠(yuǎn)程控制平臺(tái)如圖2左半部分所示，整個(gè)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)分為控制區(qū)和狀態(tài)反饋區(qū)。在控制區(qū)，用戶通過(guò)圖形化控制接口觸發(fā)指令發(fā)送模塊中的相應(yīng)指令，并按照命令包的協(xié)議進(jìn)行封包(根據(jù)所設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，可以選擇是否進(jìn)行加密和壓縮)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給本地控制系統(tǒng)。狀態(tài)反饋區(qū)負(fù)責(zé)接收從本地控制系統(tǒng)

7、實(shí)時(shí)發(fā)送過(guò)來(lái)的機(jī)器人狀態(tài)反饋信息和視頻數(shù)據(jù)并顯示。2.3 本地控制系統(tǒng)如圖2右半部分所示，整個(gè)本地控制系統(tǒng)分為控制執(zhí)行區(qū)和反饋發(fā)送區(qū)。在控制執(zhí)行區(qū)，當(dāng)收到命令包并解包后，可以選擇進(jìn)行命令包的實(shí)時(shí)性檢查，然后通過(guò)指令轉(zhuǎn)發(fā)模塊將指令轉(zhuǎn)發(fā)：如果是基本的控制指令則直接通過(guò)ARIA接口發(fā)送給機(jī)器人；如果是高級(jí)任務(wù)指令則轉(zhuǎn)發(fā)給高級(jí)任務(wù)模塊，調(diào)用高級(jí)任務(wù)模塊中對(duì)應(yīng)的子模塊進(jìn)行控制，由它發(fā)送一系列的命令給機(jī)器人。在反饋發(fā)送區(qū)，系統(tǒng)定時(shí)接收從串口發(fā)來(lái)的機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)并打包發(fā)送給遠(yuǎn)程控制平臺(tái),同時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)的視頻數(shù)據(jù)，并進(jìn)行壓縮編碼，然后根據(jù)視頻數(shù)據(jù)包的協(xié)議打包發(fā)送到遠(yuǎn)程控制平臺(tái)。此外狀態(tài)和視頻數(shù)據(jù)將作為高級(jí)任務(wù)模

8、塊的輸入數(shù)據(jù)來(lái)源。圖2中的心跳包用于處理通信異常斷開(kāi)的情況。3 關(guān)鍵技術(shù)3.1 采用UDP協(xié)議TCP協(xié)議提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸，但是其擁塞控制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、重傳機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷很大，不適合實(shí)時(shí)通信，所以選擇開(kāi)銷很小的UDP協(xié)議來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。UDP協(xié)議是無(wú)連接的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議并且無(wú)重傳機(jī)制，會(huì)發(fā)生丟包、收到重復(fù)包、亂序等情況。而對(duì)于數(shù)據(jù)精確性要求不高的狀態(tài)數(shù)據(jù)以及視頻數(shù)據(jù)，丟包的影響不大。因?yàn)闀?huì)不斷收到新的包，丟失的個(gè)別包會(huì)有新的包來(lái)覆蓋，所以只需在遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的通信部分自行處理亂序及重復(fù)包的問(wèn)題，而對(duì)于丟包的問(wèn)題一般不作處理。但對(duì)于命令包這種需要精確收發(fā)的數(shù)據(jù), 可在程序的開(kāi)發(fā)中加入丟包重發(fā)和超時(shí)丟棄的

9、處理。當(dāng)然，如果開(kāi)發(fā)的是對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的事件型控制命令的傳輸，不希望發(fā)生指令的丟失也可以直接采用TCP協(xié)議。TCP的重傳機(jī)制正好適合這種情況。3.2 使用非阻塞套接字結(jié)合多線程進(jìn)行通信整個(gè)系統(tǒng)的通信部分采用Winsock API進(jìn)行開(kāi)發(fā)，摒棄了其他遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中多采用的阻塞字加多線程的編程模式，而使用了非阻塞套接字并采用了異步事件選擇I/O模型。這是因?yàn)榉亲枞捉幼帜芨玫卦诜钦枷鹊腤indows環(huán)境下工作，而阻塞套接字在性能上要差一些?；谡麄€(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，采用了非阻塞的套接字。由于狀態(tài)數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的收發(fā)量大而且頻繁，所以仍需采用多線程技術(shù)將數(shù)據(jù)的收發(fā)放到子線程中，否則將影響主線程

10、的運(yùn)行。3.3 本地控制系統(tǒng)中的高級(jí)任務(wù)模塊的作用位于本地控制系統(tǒng)中的高級(jí)任務(wù)模塊使得本地控制系統(tǒng)具有自動(dòng)避障、目標(biāo)識(shí)別、自主漫游等高級(jí)任務(wù)的決策能力。這一設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是將屬于遠(yuǎn)程控制的復(fù)雜控制功能下放到本地控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，只需從遠(yuǎn)程控制平臺(tái)發(fā)出啟動(dòng)某高級(jí)任務(wù)指令給本地控制系統(tǒng)，本地控制系統(tǒng)的高級(jí)任務(wù)模塊調(diào)用相應(yīng)的子模塊并以本地實(shí)時(shí)更新的狀態(tài)數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)發(fā)出一系列的指令給機(jī)器人，便可完成特定的任務(wù)。該設(shè)計(jì)雖然增加了車載計(jì)算機(jī)的運(yùn)算負(fù)荷，但是由于可以直接在本地實(shí)時(shí)收到狀態(tài)數(shù)據(jù)以及視頻數(shù)據(jù)，既避免了將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程控制平臺(tái)以及控制指令發(fā)回到本地控制系統(tǒng)所需的

11、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，又降低了網(wǎng)絡(luò)的不可預(yù)測(cè)性造成的系統(tǒng)不可靠性，從而加快了系統(tǒng)的控制響應(yīng)速度,保證了控制的實(shí)時(shí)性。同時(shí)也提高了遠(yuǎn)程控制平臺(tái)操作的集成度、機(jī)器人的自主性和系統(tǒng)的可靠性。3.4 心跳包的使用圖2中的心跳包用于處理通信異常斷開(kāi)的情況，例如突然斷電、網(wǎng)絡(luò)中斷等。心跳包是一個(gè)非常小的數(shù)據(jù)包，包里只包含時(shí)間戳、包的序號(hào)等信息，并使用UDP協(xié)議傳輸。遠(yuǎn)程控制平臺(tái)每隔一定的時(shí)間(如1分鐘)就向本地控制系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)心跳包。當(dāng)本地控制系統(tǒng)收到該包，只需簡(jiǎn)單地將該包發(fā)回來(lái)以表明它收到了這個(gè)包。如果遠(yuǎn)程控制平臺(tái)在超過(guò)一定的時(shí)間(如3分鐘)沒(méi)有收到已發(fā)送的心跳包的回包，就可以認(rèn)為本地控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制平臺(tái)已經(jīng)異常

12、斷開(kāi)，從而停止發(fā)送心跳包，并立即啟動(dòng)緊急處理模塊，執(zhí)行如操作人員發(fā)出警報(bào)、重新建立網(wǎng)絡(luò)連接或者重新啟動(dòng)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)等應(yīng)急功能。如果本地控制系統(tǒng)在一定的時(shí)間(如3分鐘)內(nèi)都沒(méi)有收到從遠(yuǎn)程控制平臺(tái)發(fā)來(lái)的心跳包，就可以認(rèn)為本地控制系統(tǒng)已經(jīng)與遠(yuǎn)程控制平臺(tái)異常斷開(kāi)，從而立即啟動(dòng)本地控制系統(tǒng)中的緊急處理模塊，由該模塊發(fā)出如停止機(jī)器人或啟動(dòng)自主控制程序的指令給機(jī)器人。同時(shí)如果網(wǎng)絡(luò)未斷，將恢復(fù)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)上的連接請(qǐng)求，以等待建立新的連接。通過(guò)使用心跳包使系統(tǒng)的應(yīng)急處理能力得到提高，從而提升了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。3.5 應(yīng)用層協(xié)議的設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)時(shí)性要求，包的大小應(yīng)盡可能小，以減少帶寬的占用，所以整套應(yīng)用層傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)

13、應(yīng)該力求簡(jiǎn)潔。以下的協(xié)議都是建立在UDP傳輸協(xié)議之上。(1)命令包協(xié)議|包頭|時(shí)間戳|序列號(hào)|命令|參數(shù)類型|參數(shù)|校驗(yàn)和|包尾|(2)狀態(tài)包協(xié)議|包頭|時(shí)間戳|序列號(hào)|狀態(tài)<"cblue" " title="數(shù)據(jù)塊">數(shù)據(jù)塊|校驗(yàn)和|包尾|(3)心跳包協(xié)議|包頭|時(shí)間戳|序列號(hào)|校驗(yàn)和|包尾|(4)視頻數(shù)據(jù)協(xié)議|包頭|時(shí)間戳|序列號(hào)|同一時(shí)間戳數(shù)據(jù)塊數(shù)量|數(shù)據(jù)塊序號(hào)|數(shù)據(jù)塊|校驗(yàn)和|包尾|在以上協(xié)議中：時(shí)間戳用于實(shí)時(shí)性檢查；序列號(hào)用于丟包的檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)；校驗(yàn)和用于檢查包的完整性。以上所設(shè)計(jì)的協(xié)議具有可擴(kuò)展性，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求增減字段。

14、例如當(dāng)需要考慮信息傳輸?shù)陌踩裕杉尤爰用茏侄?；?dāng)不考慮延時(shí)，可刪除時(shí)間戳字段等。3.6 自適應(yīng)實(shí)時(shí)視頻傳輸方案現(xiàn)有的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)多采用RTP/RTCP協(xié)議(實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議)，它是因特網(wǎng)上針對(duì)多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議。RTP是一種封裝協(xié)議，用于對(duì)多媒體數(shù)據(jù)塊進(jìn)行封裝，然后用下層傳輸協(xié)議(如UDP)進(jìn)行傳輸。RTCP封裝的是發(fā)送端或者接收端的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。發(fā)送多媒體數(shù)據(jù)的端將根據(jù)接收到的RTCP反饋信息調(diào)整視頻數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。但是針對(duì)本機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，該協(xié)議并不完全合適。由于該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是一對(duì)一的傳輸模式，只傳輸視頻數(shù)據(jù)而無(wú)其他多媒體數(shù)據(jù)流，所以具有特殊性。而RTP協(xié)議具有一般性，它的很多字

15、段并不適合該系統(tǒng)。例如關(guān)于數(shù)據(jù)源的同步以及關(guān)于組播的部分，由于不斷發(fā)送RTCP包將占用有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬，不如直接在遠(yuǎn)程控制平臺(tái)進(jìn)行丟包統(tǒng)計(jì)并在視頻質(zhì)量明顯變化時(shí)發(fā)送調(diào)節(jié)視頻質(zhì)量的命令給本地控制系統(tǒng)。根據(jù)這一思路，本系統(tǒng)以RTP協(xié)議的基本思想為基礎(chǔ)，針對(duì)系統(tǒng)的特殊性開(kāi)發(fā)了一套自適應(yīng)實(shí)時(shí)視頻傳輸方案。如圖3所示，本地控制系統(tǒng)將采集的一幀視頻數(shù)據(jù)使用MPEG4或M-JPEG協(xié)議進(jìn)行壓縮編碼；然后按照一定的大小(一般比MTU稍微小點(diǎn)，因?yàn)镮P和UDP包頭要占用一定的字節(jié)數(shù))對(duì)編碼后的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，并使用視頻數(shù)據(jù)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)塊的封裝；最后使用UDP協(xié)議發(fā)送到遠(yuǎn)程控制平臺(tái)。其中時(shí)間戳用于表明這些數(shù)據(jù)塊屬

16、于同一視頻幀，數(shù)據(jù)塊序號(hào)用于表明該數(shù)據(jù)塊在此幀中的位置。由于UDP協(xié)議的不可靠性會(huì)引發(fā)包的亂序、重復(fù)包以及丟包等情況，所以遠(yuǎn)程控制平臺(tái)采用多級(jí)緩存池接收視頻數(shù)據(jù)。該緩存池是一個(gè)可以容納0.2s0.4s視頻數(shù)據(jù)的多級(jí)緩存，每一級(jí)是一個(gè)緩存鏈表，用于存儲(chǔ)具有相同時(shí)間戳的所有數(shù)據(jù)塊。該多級(jí)緩存池的基本算法是：(1)當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)塊的時(shí)間戳在多級(jí)緩存中不存在時(shí)：如果該時(shí)間戳比緩存中最舊的時(shí)間戳要新，則在多級(jí)緩存池中插入屬于該時(shí)間戳的緩存鏈表，在該鏈表中加入該數(shù)據(jù)塊，并刪除時(shí)間戳最舊的數(shù)據(jù)鏈表;如果該時(shí)間戳比緩存中最舊的時(shí)間戳還要舊，就丟棄該數(shù)據(jù)塊。(2)當(dāng)接收到的視頻數(shù)據(jù)塊的時(shí)間戳在多級(jí)緩存中存在時(shí)：

17、檢查該時(shí)間戳對(duì)應(yīng)緩存鏈表，通過(guò)該數(shù)據(jù)塊序號(hào)判斷該數(shù)據(jù)塊是否存在該時(shí)間戳的緩存鏈表中。若不存在就加入該數(shù)據(jù)塊，否則丟棄。(3)當(dāng)接收到的數(shù)據(jù)塊使得同一時(shí)間戳的視頻數(shù)據(jù)完全收到，就將其解碼并顯示，然后釋放包括該時(shí)間戳在內(nèi)的、所有小于該時(shí)間戳的緩存鏈表。視頻的壓縮標(biāo)準(zhǔn)采用MJPEG或者M(jìn)PEG4。MJPEG屬于幀內(nèi)編碼，傳輸中發(fā)生丟幀不會(huì)影響其他的幀；而MPEG4屬于幀間編碼，傳輸中發(fā)生丟幀，特別是關(guān)鍵幀的丟失將嚴(yán)重影響其他幀的完整。所以在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，如果網(wǎng)絡(luò)的通信狀況很好，則選擇MPEG4，因?yàn)樗膲嚎s比高；如果網(wǎng)絡(luò)的通信狀況很差，則選擇MJPEG，雖然壓縮比相對(duì)較小，但是發(fā)生丟幀時(shí)不會(huì)影響

18、其他幀。在接收視頻數(shù)據(jù)的同時(shí)，應(yīng)根據(jù)時(shí)間戳和序列等進(jìn)行視頻傳輸狀況統(tǒng)計(jì)，主要是丟包及延時(shí)統(tǒng)計(jì)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息，當(dāng)視頻傳輸狀況發(fā)生了明顯變化時(shí)，就發(fā)送調(diào)節(jié)視頻質(zhì)量的命令給本地控制系統(tǒng)：(1)當(dāng)傳輸?shù)臓顩r變差(如丟包、延時(shí)嚴(yán)重等)時(shí)就給本地控制系統(tǒng)發(fā)送降低視頻質(zhì)量的命令，使其降低視頻采集的頻率或者提高壓縮比率。至于是降低視頻采集的頻率還是提高壓縮比率，將根據(jù)當(dāng)前機(jī)器人的移動(dòng)速度來(lái)決定：當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)較快時(shí)，并不需要非常高的畫(huà)面質(zhì)量，所以優(yōu)先采用提高圖像壓縮比率的方法。當(dāng)只提高壓縮比率效果不明顯時(shí)，再同時(shí)采用降低視頻采集頻率的方法；當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)速度很慢時(shí)如抓取東西時(shí)，需要更高的視頻清晰度，此時(shí)優(yōu)先采用降

19、低視頻采集頻率的方法。當(dāng)只降低視頻采集頻率效果不明顯時(shí)，再同時(shí)采用提高壓縮比率的方法。(2)同理，如果傳輸?shù)臓顩r較好，則可以發(fā)送提高視頻質(zhì)量的命令給本地控制系統(tǒng)，根據(jù)移動(dòng)速度決定采取優(yōu)先提高視頻采集的頻率或者優(yōu)先降低壓縮比率的方法來(lái)提高視頻的質(zhì)量。4 機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)庫(kù)4.1 目的與用處提供一套使開(kāi)發(fā)者擺脫編程細(xì)節(jié)的、快速開(kāi)發(fā)的、模塊化的、可擴(kuò)展的機(jī)器人遠(yuǎn)程控制開(kāi)發(fā)庫(kù)，可以方便研究人員進(jìn)行軟件的開(kāi)發(fā),降低其在軟件編程方面的重復(fù)勞動(dòng)。4.2 設(shè)計(jì)原則(1)采用面向?qū)ο蟮乃枷?，以C+類進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將類封裝到動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中。(2)開(kāi)發(fā)庫(kù)具有多選擇性，使開(kāi)發(fā)庫(kù)的使用者有多種技術(shù)可選，如提供多種視頻

20、編碼庫(kù)。(3)在類中對(duì)多線程進(jìn)行封裝 ，并加入線程的同步，使類具有線程安全性。(4)函數(shù)中的算法要力求效率高、運(yùn)算速度快，以減少因?yàn)檎加眠^(guò)多的計(jì)算時(shí)間造成的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。(5)類中定義的接口應(yīng)設(shè)計(jì)完整，不可隨便改動(dòng)，以保證今后升級(jí)和擴(kuò)展時(shí)接口的一致性。(6)類的代碼要多采用基本C/C+標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)，而盡量不要使用依靠平臺(tái)的如MFC庫(kù)，以方便移植到Linux平臺(tái)。4.3 開(kāi)發(fā)庫(kù)CyLib介紹圖4是依照以上設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)的機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)庫(kù)CyLib的類層次圖。該庫(kù)由4個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件組成：CyCore.dll、CyTools.dll、CyRobot.dll、CyGUI.dll。其中基類加陰影

21、顯示，其他的為派生類。CyCore.dll封裝了應(yīng)用層數(shù)據(jù)包協(xié)議、遠(yuǎn)程控制命令、數(shù)據(jù)傳輸接口、延時(shí)及丟包模擬等。CyRobot.dll包含了對(duì)機(jī)器人編程接口ARIA的封裝、控制指令的執(zhí)行、狀態(tài)數(shù)據(jù)的輪詢和發(fā)送、視頻的采集壓縮發(fā)送以及色彩識(shí)別、漫游等智能控制功能等。CyTools.dll提供了一系列的工具類用于輔助研究人員的程序開(kāi)發(fā)。其中包含線程進(jìn)程同步類、時(shí)間類、算術(shù)類、日志功能、壓縮解壓縮、加密解密、視頻采集等。CyGUI.dll提供了圖形化顯示類，如多功能按鈕、地圖生成、聲納圖形顯示等。5 開(kāi)發(fā)實(shí)例根據(jù)以上的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并利用開(kāi)發(fā)庫(kù)CyLib，開(kāi)發(fā)了一套P3-DX機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。圖5展示了機(jī)器人遠(yuǎn)程控制平臺(tái)的控制現(xiàn)場(chǎng)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人本體、機(jī)械臂和攝像頭的控制、狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示、聲納羅盤(pán)數(shù)據(jù)圖形化顯示、視頻監(jiān)控以及自動(dòng)漫游、色彩識(shí)別等智能控制功能。機(jī)器人本地控制系