27、分布式组件化机器人软件实现路径

分布式组件化机器人软件实现路径

1. 引言

编程实现机器人系统并非易事，即便开发简单系统的软件也颇具挑战，不仅繁琐还容易出错。这些系统通常是多线程和多进程的，因此必须解决与进程和线程相关的同步问题。此外，网络环境中的分布式系统也很常见，不同机器上的进程和线程之间的协调会增加编程的复杂性，尤其是在无线网络等不完全可靠的网络环境中。

硬件抽象也是需要考虑的问题，机器人系统中使用的硬件对于普通计算机用户来说并不常见，传感器和执行器的应用程序编程接口（API）有时版本之间不太稳定，而且在最常见的操作系统上往往支持不佳。此外，即使是具有相同功能的传感器或执行器（如距离传感器、相机等），其 API 的语义也可能大不相同。

许多机器人系统必须在严格的实时条件下运行，以确保系统和操作的完整性，因此软件必须严格遵守特定的响应时间、截止日期和高操作频率。软件集成和可移植性也是这些系统中的重要问题，因为在一个系统中可能会遇到各种不同的机器、操作系统、驱动程序和库。最后，我们希望机器人系统能够“自主”和“智能”地运行，执行诸如绘制建筑物地图、在杂乱、动态和拥挤的环境中安全导航或在高速公路上安全驾驶汽车等复杂任务。

在过去十年中，机器人领域涌现出了许多解决上述问题的方法，其中很多都借鉴了基于组件的软件工程（CBSE）范式。一些基于 CBSE 范式的重要方法包括 GenoM/BIP、Smartsoft、OROCOS、ORCA、OpenRTM - aist 和 Willow Garage 的 ROS 项目等。我们团队开发了 CoolBOT 框架，旨在简化机器人系统的软件开发，并在使用过程中进行了两项重要改进：透明分布式计算和“更深层次”的接口解耦。

2. CoolBOT 概述<