基于SOA的微软机器人开发环境(1)

原文地址：http://blog.youkuaiyun.com/thefirstwind/archive/2007/02/10/1507277.aspx 

说明：基于 SOA 的微软机器人开发环境 Robotics Studio （1）

机器人业界正期待Ford的出现

Ford system 是在汽车产业中采用的合理化生产方式。产品的单纯化，部件的规格化、生产手段和工厂的专门化。

原文作者介绍：

大川 善邦
工学博士
日本大学工学部非常勤講師
大阪大学名誉教授
2007/2/9

译者介绍：

邢晓宁
工学硕士
http://blog.youkuaiyun.com/thefirstwind
2007/2/11

  本连载针对， 2006 年 12 月微软发布的 「Robotics Studio 1.0（ 英文版 ）」 进行概要性的说明。连载的第一回题目为，机器人业界的现况和课题说明，针对 Robotics Studio 1.0 的技能简介

相关网站 ：
	Microsoft Robotics Studio http://msdn.microsoft.com/robotics/

 

机器人 业界 的现状

 

　 首先，简单介绍一下机器人业界的现状 。

　 近年来，和机器人相关的新闻经常已经是耳熟能详了 。 工厂生产线上操作机器人来处理简单重复性的操作 、 宇宙探险中使用机器人作业 、 深海勘查中利用海下机器人等等 。 还有，2005年开始欧美开始使用胃肠诊断机器人获得许可 。 再有，家庭环境中使用护理，清洁，照顾幼儿等专用的机器人 。 如此说来，机器人的专门分工已经快速发展起来，在人类的日常生活中也逐步的广泛应用起来 。

　 最近 、 兴趣两足行走机器人等种类的机器人非常方便的就可以买到 、 上面所说的高性能专用机器人，对于普通消费者购买来说还是比较困难的。经过笔者的调查，如今在日本家庭用机器人 （ http://www.banryu.jp/ ） 的价格是 200 万 日元（14万人民币） 。 由于考虑到机器人的开发费用相当昂贵，因此价格方面即使家用机器人对于普通消费者来说仍然是奢侈品 。

相关链接 ：
	日本 机器人学会 http://www.rsj.or.jp/
	日本 机器人工业 会 http://www.jara.jp/

 

从汽车产业学起

 

　 为什么，突然说起了汽车产业的发展历史 。 原因是 、 在这段历史中暗示着机器人普及的必然性 。

　 汽车发明于 18 世纪中期 「 工业革命 」。 针对 詹姆斯瓦特 的 「 蒸汽发动机 」、 很多发明家对各种各样的汽车雏形进行研发 。 如果，没有试验阶段，普及就无从谈起 。 在此之后， 汽油机车的发明，进一步的推动了汽车的实用化 、 当时普通人是没有办法以当时的价钱轻松购买的。 。

　 20 世纪初 、 美国 亨利福特 的汽车生产线的成立，大量生产汽车成为可能。 。 在此生产方式下爆发了汽车的普及 。

　 如今，机器人产业正处于 「 正等待着亨利福特的出现 」 的状态 。

　 时下的机器人业界正处于，厂商分别使用各自的方法研制机器人的 「 群雄割据的时代 」 。 为了实现机器人的普及 、 笔者认为出现亨利福特式的生产线是当务之急 。

　 当然，汽车和机器人是不一样的 。 即使 说汽车和摩托的统一规模大生产 、 机器人的价格也下不来 。 花在机器人制造的大量精力 、 应该不是部件的 「 物质 」 资源 、 移动的 「 算法 」、 也就是说是软件的开发 。 就例如，行走过程中回避障碍物，和接受人的语言命令等等 ……。

　 类似此类算法如果能被通用化且自由的使用，相信机器人的价格会大幅度的下调。 。 换句话说，即 「 机器人的动态软件通用化 」、 也就好比汽车产业的 「 组装生产线 」 的普及 。

相关链接 ：
	福特·汽 车 公司 http://www.ford.co.jp/servlet/ContentServer?cid=1137383659125&pagename=Page&c=DFYPage

 

Robotics Studio 1.0 设计法

 

　 为什么，本连载要说 Robotics Studio 1.0 、 笔者认为在机器人群雄割据的时代， Robotics Studio 1.0 算是一种新模式的设计方法 。

　 要注意的是 、 这里介绍的是 Robotics Studio 1.0 作为一种设计法的有效性， 而并非主张 「 Robotics Studio 1.0 是机器人开发的组装生产线 」。

　 以下连接是 Robotics Studio 1.0 （ 英文版 ） 。在用在非商用用途从 http://www.microsoft.com/downloads/details.aspx?FamilyId=3D706147-82E2-4B4A-AF12-DB7D3F8ACD8A&displaylang=en 可以免费下载 。

Third Parties 的应用实例

Robotics Studio （ http://msdn.microsoft.com/robotics/ ） 网站里面有个叫做 「 Featured Third Parties 」 的项目， 、 在这里有开发实例的介绍 。 还有 、「 Watch the video! 」 的连接以及实际能动机器人的录像 。

 

SOA 的机理

 

　 现在，对 Robotics Studio 1.0 的思想和功能介绍一下 。

　 Robotics Studio 1.0 是基于 「 SOA （ Service Oriented Architecture ）」 架构 。

　「 针对网络连接的多台个人电脑 、 进行信息交换 」

　 这便是 SOA 的基本机能 。

　 对 Robotics Studio 1.0 来说 设置 「 节点 （Node）」 和被调用的基本单位是必要的 。 因此，组建针对单节点的多 「 服务 （Service）」 （注） 。 通过该服务，以达到信息的交换功能 。 具体来说就是 「 机器人针对 障害物 而做出的停止或绕过的反应服务 」 或者 「 对红外线或声音的反应服务 」 等等 。

注： 服务 （Service） 又被称为 「 子程序 」 或者 「API」 等 。

　 另外，针对企业级的程序的构筑方法，或者说针对 「 高内聚 （Tightly Coupled）」、Robotics Studio 1.0 是以 「 低耦合 （Loosely Coupled）」 的方法构建的 。

　 低耦合的程序开发中，各种各样的服务的强独立性，是必要的考虑内容 。 例如，服务 A 给服务 B 发 「 信息 」、 服务 B 要针对该信息进行什么样的处理 。 此时 、 服务 ス B 对服务 A 发出报错信息，即 「通知（ Notification ）」 （注） 是必须要考虑的 。

注： 通知 即 「 中断 （Interrupt）」 发生时的信息反馈 。

　 用 SOA 有 「 消息 （ 数据 ）」 和 「通知」 と 种信号处理 。 而对信号的综合处理机构叫做 「CCR（Concurrency and Coordination Runtime）」。 如图 1 所示，节点的最底层 CCR 的配置 。

图1 　 节点的构造

　 所谓节点是 、 指 HTTP 和 TCP/IP 的服务 。 该服务机能为 、「DSS（Decentralized Software Service）」 所提供 。 在 DSS 、Web 服务是最小限度的服务 （ 比如 HTTP 的 GET 方法等 ）。 另外，用户自定义的必要服务也可以订制在节点上 。

　 所谓的各节点 、 如图 1 的构造 。 分时处理 CCR 和 DSS 、 在此之上由默认的服务和用户自定义的服务 （注） 。

注： 如果没有用户自定义服务，也可以生成节点 。

　Robotics Studio 1.0 中 、 节点的状态在 Web 浏览器中可以被监视到 。

画面 1 　 节点的控制内核画面 （ 使用 IE 表示 ）

　 对于低耦合的 （Robotics Studio 1.0）、 多程序并行执行调试相对困难些 。 针对高内聚设置了布莱克点数 、 在程序停止的状态下也是不能检查的 。 原因是 、 当程序停止的时候依存关系被破坏 。 因此 、 通常情况下分析log（日志）来分析程序的运行状态以及调试 。

　 还有 、 网络连接是必要的 、 这个网络应用在互联网的时候其安全性被看作是重要的研究课题 。Robotics Studio 1.0、 在消息收发时要建立目标对象的友好关系 。 因此在友好关系之外的对象是无法收发信息的 （注） 。

注： 「 友好关系登陆的安全 」 是必须的 。 友好关系登陆也是安全的手段，但不是唯一 。

 

相关 ：
	SOA 的定义 http://www.atmarkit.co.jp/aig/04biz/soa.html

和机器人的 “人机交互”

 

　 去商场或旅游胜地等有机器人做向导的话将会是非常方便和便利的。机器人也可以作为看护或育儿或人们生活的助手 。 考虑到此类机器人，必须要能明白 「 人们的语言，并且有作答的能力 」。

图 2 　 导购机器人图

　 遗憾的是， Robotics Studio 1.0 没有声音识别的机能设计 。 但是 、 使用 「Speech SDK」 可以进行语言识别 （注） 。

注： 对应英语发音 。 并且已经预先登陆了男女三人的发音 。 另外，使用 Speech SDK 登陆自己的声音，也可以用自己的声音进行识别 。

　 如今 、 人类语言世界技术并未完善 。 另外 、 技术人员们赞成 「 无法完全识别语音 」 的看法 。 但是 、 笔者支持作为 「 补足手段 」 ，进行语言识别 。 原因是，我们人们日常生活中， 「 反问 」 等的确认过程经常是用来 「 完善 理解」 以加强对听到的话的理解 。 今后的研究 、 人类语言识别技术的有待提高 。

服务的开发

 

　 在 Robotics Studio 1.0 中标准安装包括 「Visual Programming Language（以下、VPL）」 （注） 。 这样的话，可视化开发变成可能 。 使用 UML 技术进行程序设计，编码图形化 、 这样便可生成程序的骨架 、VPL 是纯粹的bottom-up语言 。

注： Visual C# 或者 Visual Basic 等也可以开发 。

　VPL 中 、画面左 侧工具栏是基础的 Basic Activities 和 Services ，画面中央是工作区 、 在图之间用各种线表示不同处理 。 画面 2 中 、 是英语的 「Hello World」 发音程序示例 。

画面 2 　 Visual Programming Language

 

与机器人连接

 

　Robotics Studio 1.0 和机器人的连接 。

　 首先，机器人的种类有如下两种 。

1. 机器人控制设备对应.NET Framework 3.0（大型机器人、工厂用溶接机器人等）
2. 机器人控制设备使用小型CPU、不用和.NET Framework 3.0对应（H8或PIC等微机控制小型机器人）

　 上述 1 中机器人控制设备设置结点，该结点中用户配置自定义服务，可以对机器人进行控制 。

　 上述 2 中 、PC 中设置结点 。 通过 Bluetooth 等借助结点和机器人通信 。

图 3 、PC 结点与机器人通信 。

 

图 3 　 结点与机器人通信

　PC 的结点通过向机器人发送指令信息进行通信 。 相反，机器人探查到障碍物，向节点发送结果通知报告 。

适合 物理 定律的虚拟机

　通常、 机器人控制程序为图像识别，声音识别，人工智能 、 神经网络等非常复杂的运算 。Robotics Studio 1.0 中 、 为提高程序开发效率，在实际测试之前，要使用 「Visual Simulation Environment」 来测试 。

画面 3 　 Visual Simulation Environment

　 为了使虚拟机接近现实 、物体 的运动计算使用复杂 「物理 定律 」。 例如 、「 空气运动学轨道 」「 物体间突然碰撞 」 等进行计算时使用 「 牛顿运动方程 」。 还有 、 为了计算高速处理 、 使用美国 AGEIA Technologies 的物理演算处理过程 「PhysX」。

相关连接 ：
	AGEIA http://www.ageia.com/
	PhysX http://www.ageia.com/physx/

 

◇

　 下一回介绍 、Robotics Studio 1.0 中实际机器人连接测试 。 对 VPL 和虚拟机的交叉说明来 理解 测试结果