多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

趙錦芝，梁天喜

（中原工學(xué)院，鄭州450007）

多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

趙錦芝，梁天喜

（中原工學(xué)院，鄭州450007）

研究了多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，采用Visual C＋＋6．0開發(fā)了多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的功能及其實(shí)現(xiàn)過程．該系統(tǒng)能大幅度提高編程效率和安全性，有一定的實(shí)用價(jià)值．

多機(jī)器人；數(shù)據(jù)庫；VisualC＋＋6．0

隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍不斷擴(kuò)展．由于單個(gè)機(jī)器人不能完成某些復(fù)雜的任務(wù)．這就需要考慮構(gòu)建多個(gè)機(jī)器人的系統(tǒng)，通過多機(jī)器人之間的協(xié)調(diào)與協(xié)作來完成任務(wù)［1］．

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，多機(jī)器人系統(tǒng)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用取得了重大進(jìn)展．目前，國外關(guān)于多機(jī)器人系統(tǒng)的研究較多，國內(nèi)在這方面的研究還處于初級(jí)階段．多機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域正向工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等邁進(jìn)．

隨著機(jī)器人數(shù)量的增加，系統(tǒng)的復(fù)雜度會(huì)增大，一些不確定的的因素會(huì)增加，系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)．另外，如何有效地分解和分配任務(wù)給機(jī)器人，如何有效地識(shí)別機(jī)器人之間的工作空間，這是迫切需要解決的問題．本文設(shè)計(jì)了一種智能化的多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能較好地解決機(jī)器人數(shù)據(jù)的接收、回放、存儲(chǔ)問題，減小了多機(jī)器人系統(tǒng)資源的占用率，降低了系統(tǒng)的不確定性．

1 多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在單機(jī)器人反應(yīng)式控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將多機(jī)器人協(xié)作行為建立在一種反應(yīng)模式上，設(shè)計(jì)了一種面向多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)的控制體系結(jié)構(gòu)．該控制體系結(jié)構(gòu)分為3層，分別是任務(wù)規(guī)劃層、協(xié)調(diào)規(guī)劃層及行為控制層［2］，如圖1所示．

圖1 多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）任務(wù)規(guī)劃層．任務(wù)規(guī)劃層賦予機(jī)器人團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和組織能力．

（2）協(xié)調(diào)規(guī)劃層．協(xié)作規(guī)劃層確定機(jī)器人各種任務(wù)與關(guān)系后，機(jī)器人會(huì)根據(jù)自身能力、當(dāng)前任務(wù)、當(dāng)前環(huán)境等信息，采用行為反應(yīng)控制的方法，規(guī)劃出具體的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)方向．

（3）行為控制層．行為控制層可執(zhí)行協(xié)調(diào)規(guī)劃層產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)控制命令，實(shí)現(xiàn)具體的控制，加強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性．

行為控制層中的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有對(duì)機(jī)器人參數(shù)信息進(jìn)行管理和維護(hù)的功能．本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)多機(jī)器人信息管理的系統(tǒng)化、規(guī)范化．

2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計(jì)

多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要由系統(tǒng)登錄模塊、基本信息查詢模塊、數(shù)據(jù)庫維護(hù)模塊構(gòu)成，如圖2所示．

圖2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2．1 系統(tǒng)登錄模塊

系統(tǒng)啟動(dòng)后，彈出系統(tǒng)登錄界面，系統(tǒng)消息框提示輸入合法的用戶名和密碼，對(duì)用戶名和密碼進(jìn)行驗(yàn)證．如果輸入的用戶名或者密碼錯(cuò)誤，系統(tǒng)消息框提示“您輸入的用戶名或密碼錯(cuò)誤，請(qǐng)重試！”；如果輸入的用戶名和密碼均正確，系統(tǒng)將進(jìn)入到下一個(gè)界面．

2．2 基本信息查詢模塊

該模塊可以瀏覽系統(tǒng)存儲(chǔ)的機(jī)器人信息，也可以選擇某些已知條件查詢，將查詢結(jié)果返回用戶端并顯示出來．

2．3 數(shù)據(jù)庫維護(hù)模塊

該模塊可以對(duì)機(jī)器人信息進(jìn)行管理和維護(hù)，主要是對(duì)數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行添加、刪除、修改．

2．3．1 信息的錄入

機(jī)器人信息的錄入是通過添加操作，將輸入端和對(duì)應(yīng)的參數(shù)信息錄入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫里．該模塊通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫接口實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的處理、傳輸、存儲(chǔ)功能．

2．3．2 信息的修改

隨著多機(jī)器人工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及機(jī)器人的外部環(huán)境參數(shù)的改變，原有的參數(shù)值會(huì)被新的參數(shù)值取代．因此在用戶端輸入或選擇已知條件、輸入新的參數(shù)時(shí)，可以通過數(shù)據(jù)修改操作，將數(shù)據(jù)庫里原有的記錄進(jìn)行修改．

3 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

采用VisualC＋＋6．0編程工具開發(fā)多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，系統(tǒng)使用的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為Access 2003．

由于機(jī)器人信息參數(shù)表的數(shù)據(jù)模型與關(guān)系模型最為匹配，因此本系統(tǒng)選用關(guān)系模型來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)．

VisualC＋＋6．0高級(jí)語言為應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)庫提供了三種常用的方法：ODBC（開放數(shù)據(jù)庫連接）、DAO（數(shù)據(jù)訪問對(duì)象）和 ADO（活動(dòng)數(shù)據(jù)訪問對(duì)象）［3］．本系統(tǒng)采用ODBC數(shù)據(jù)源的連接方式．由于直接使用ODBC API編寫應(yīng)用程序要繪制大量代碼，因而在數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)之前，必須做一些復(fù)雜的初始化操作．而MFC ODBC類封裝了ODBC API，提供了簡(jiǎn)化的調(diào)用接口．它主要包括三個(gè)類：CDatabase類、CRecordSet類、CRecord View類．本系統(tǒng)提供了一種簡(jiǎn)單的C＋＋與ODBC的接口連接方法，在快速生成簡(jiǎn)單、一致的接口應(yīng)用程序方面，這些類非常有用．使用MFC ODBC方式，簡(jiǎn)單靈活，易于開發(fā)［2］．鑒于此，本文采用MFC ODBC數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)．

3．1 系統(tǒng)登錄的實(shí)現(xiàn)

首先建立ODBC數(shù)據(jù)源，完成對(duì)數(shù)據(jù)源Robotdbs的添加；然后利用類向?qū)lasswizard創(chuàng)建CEnter Data－Set類，編寫登錄對(duì)話框程序代碼．多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運(yùn)行后首先進(jìn)入系統(tǒng)登錄界面，如圖3所示．

在登錄對(duì)話框界面輸入有效的用戶名和密碼．若輸入的用戶名和密碼均正確，即通過了身份驗(yàn)證，系統(tǒng)會(huì)彈出友好消息框“歡迎進(jìn)入多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系

圖3 系統(tǒng)登錄界面

統(tǒng)！”，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的界面．登錄后，轉(zhuǎn)入系統(tǒng)主界面．如圖4所示．

圖4 系統(tǒng)主界面

3．2 基本信息查詢的實(shí)現(xiàn)

在多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)查詢模塊查詢區(qū)執(zhí)行查詢操作，先在下拉框選擇查詢條件（以選擇機(jī)器人型號(hào)為例，在查詢編輯框中輸入川崎機(jī)器人系列型號(hào)FS30L），點(diǎn)擊查詢按鈕，查詢模塊主界面出現(xiàn)記錄查詢信息．如圖5所示．

3．3 數(shù)據(jù)庫維護(hù)的實(shí)現(xiàn)

在菜單欄“數(shù)據(jù)庫維護(hù)”項(xiàng)選擇“數(shù)據(jù)庫管理”，進(jìn)入數(shù)據(jù)庫管理主界面．該模塊主要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人信息的添加、修改、刪除功能．如圖6所示．

在多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主界面操作區(qū)執(zhí)行添加操作，記錄對(duì)話框窗口彈出，在該窗口根據(jù)條件輸入相應(yīng)的新的記錄；點(diǎn)擊確定按鈕后，如果添加成功，則彈出友好消息框“添加機(jī)器人信息成功！”．系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存該記錄．如圖7所示．

在多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主界面操作區(qū)執(zhí)行修改操作，先選中要修改的記錄，記錄對(duì)話框窗口彈出，在該窗口根據(jù)條件輸入要修改的記錄；點(diǎn)擊確定按鈕后，如果修改成功，則彈出友好消息框“修改機(jī)器人信息成功！”．系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)刷新記錄．如圖8所示．

圖8 修改機(jī)器人信息界面

此外，在多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主界面操作區(qū)執(zhí)行刪除操作，先選中要?jiǎng)h除的記錄，點(diǎn)擊確定按鈕后，系統(tǒng)彈出友好消息框“是否要?jiǎng)h除該條機(jī)器人信息記錄！”．刪除成功后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)刷新記錄．

4 結(jié) 語

本文提出了一種多機(jī)器人協(xié)作體系結(jié)構(gòu)，介紹了多機(jī)器人數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)各模塊的功能及其實(shí)現(xiàn)過程，闡述了ODBC連接數(shù)據(jù)源接口與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫Access2003之間的傳輸、接收方式，說明了系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)過程．該數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)能有效地支撐多機(jī)器人協(xié)調(diào)與協(xié)作．

［1］高志軍，嚴(yán)國正，丁國濤，等．多機(jī)器人協(xié)調(diào)與合作系統(tǒng)的研究發(fā)展與現(xiàn)狀［J］．光學(xué)精密工程，2001，9（2）：99－103．

［2］趙志偉．多機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)策略研究［D］．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2006：3－8．

［3］姚明明．基于PSO神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)鉆削數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究與開發(fā)［D］．哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2008：36－38．

［4］林青松，胡方霞，劉杰，等．VisualC＋＋案例開發(fā)［M］．北京：中國水利水電出版社，2005：78－88．

［5］侯俊杰．深入淺出MFC第二版［M］．武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001．

［6］楊小平．VC＋＋項(xiàng)目實(shí)踐攻關(guān)［M］．北京：科學(xué)出版社，2002．

Design of Multi－robots Database Management System

ZHAO Jin－zhi，LIANG Tian－xi
（Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450007，China）

The architecture of cooperative system of multi－robots（MRS）has been studied in this article．The database management system of multi－robots are developed by Visual C＋＋6．0．The function of system and implementation process has been introduced．The multi－robots system can greatly improve the programming efficiency and system security．To some extent，the multi－robots system has some practical values．

multi－robot；Database；VisualC＋＋6．0

TP242．6

A

10．3969／j．issn．1671－6906．2011．05．003

1671－6906（2011）05－0012－04

2011－09－26

國家“863”項(xiàng)目（2005AA404290）；河南省科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目（082102210084）

趙錦芝（1969－），女，黑龍江哈爾濱人，副教授．