機器人自動化數(shù)據(jù)采集測控方法研究

焦丹丹，那宏壯，曹傳德，丁 銳

(黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱 150001)

工業(yè)制造技術(shù)和智能化技術(shù)的發(fā)展極大地推動了機器人的開發(fā)生產(chǎn)，越來越多的機器人廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)生活中。地質(zhì)測量工作中應(yīng)用的測量機器人具有目標(biāo)識別、跟蹤及ATR補償?shù)葍?yōu)勢，可以廣泛應(yīng)用于地質(zhì)變形監(jiān)測和精密工程測量。借助開放性的指令集可以幫助用戶制訂各種程序控制儀器，以實現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)采集工作。安卓系統(tǒng)具有強大的功能，已成為應(yīng)用最為廣泛的移動端操作系統(tǒng)。基于安卓系統(tǒng)開發(fā)的測量程序也越來越多，其操作原理是通過藍牙串口向機器人發(fā)送各種指令完成測量工作。自動化數(shù)據(jù)采集工作一方面為測量用戶提供了更加靈活、科學(xué)的體驗，另一方面保證了測量數(shù)據(jù)成果的真實性和有效性。

1 測量機器人的測控原理

基于安卓系統(tǒng)開發(fā)的徠卡測量機器人的測控主要是通過CeoCOM接口實現(xiàn)測量。CeoCOM是地理數(shù)據(jù)通信接口技術(shù)，這種新型的接口技術(shù)是基于SUN公司開發(fā)的遠程調(diào)用協(xié)議而建立的，屬于點對點的通信協(xié)議。在CeoCOM接口幫助下，測量機器人的基本通信方式由客戶端的請求和應(yīng)答以及服務(wù)器組成，而客戶端通常是指控制計算機，服務(wù)器是指全站儀。

CeoCOM接口是一個封裝了用戶和徠卡全站儀進行通信交互時調(diào)用儀器上的子系統(tǒng)所需的客戶端調(diào)用接口函數(shù)庫，實際應(yīng)用過程中用戶不需要對函數(shù)庫內(nèi)函數(shù)的具體應(yīng)用進行分析，只需要對已經(jīng)設(shè)置好的程序進行控制調(diào)用即可，程序以低級模式和高級模式兩種模式為主?；诎沧科脚_開發(fā)的地質(zhì)測量程序主要是通過ASCII協(xié)議實現(xiàn)通信目標(biāo)控制。ASCII協(xié)議的工作流程是依據(jù)線性通信協(xié)議，由計算機控制系統(tǒng)將請求信號傳達至全站儀，等待全站儀控制器的應(yīng)答和回復(fù)。除了ASCII協(xié)議，測量機器人工作過程中還需要借助RFCOMM通信方式的支持。選擇應(yīng)用RFCOMM通信方式的原因是其可以和傳統(tǒng)串口應(yīng)用相兼容。最重要的是，RFCOMM通信方式完全支持安卓平臺開發(fā)的測量機器人所開展的一系列測量工作，測量用戶可以利用安卓系統(tǒng)的API調(diào)用函數(shù)對測量機器人進行程序控制，進而完成各種地質(zhì)測量工作。

利用CeoCOM接口技術(shù)的優(yōu)勢，可以通過藍牙通信端口向測量機器人發(fā)出各種指令，測量機器人收到控制系統(tǒng)發(fā)出的信息后可以立即進行分析和應(yīng)答。通過客戶端和服務(wù)器的協(xié)同作用可以實現(xiàn)CeoCOM初始化、儀器連接、測量以及端口測控等工作，并根據(jù)事先設(shè)計的數(shù)據(jù)測量程序和流程對測量機器人操作進行優(yōu)化組合，以實現(xiàn)整個地質(zhì)測量工作的自動化[1]。

2 安卓平臺下測量設(shè)備測控實現(xiàn)的關(guān)鍵

基于安卓平臺開發(fā)的測量機器人從事的測量工作實質(zhì)是一系列ASCII指令組織、發(fā)送和解析的過程，在這個過程中，測量機器人執(zhí)行的測量任務(wù)主要包括定向、棱鏡搜索、精瞄、測量以及測量結(jié)果獲取這五個動作。圖1為測量機器人自動化測量的流程圖。

圖1 自動化測量流程圖Fig.1 Flow chart of automation measurement

為了確保整個自動化測量工作的順利進行，安卓平臺在設(shè)計應(yīng)用過程中首先要考慮確保藍牙通信下的ASCII指令得到最快的發(fā)送和解析，而RFCOMM通信方式具有一令一答的功能，在一個指令發(fā)送完成后，儀器可以在最快的時間內(nèi)進行解析并獲取結(jié)果，客戶端可以根據(jù)字符串的解析確定下一條指令。在整個指令發(fā)送和解析過程中，Send And Recieve Data發(fā)揮著重要的作用，作為字符串發(fā)送和解析的應(yīng)用函數(shù)，Send And Recieve Data可以利用ASCII指令實現(xiàn)一系列的測量操作動作。測量機器人的ASCII關(guān)鍵操作指令主要有以下幾方面：利用安卓藍牙端口RFCOMM協(xié)議將測量儀器和安卓設(shè)備連接起來，這一步執(zhí)行命令為：bt Device=bt Adaper.get Remote Device(MyAd-dress)；bt Soket=bt Device.create Rfcomm Socket To Service Record(MY-UUID)；bt Soket.connet()。測量前期準(zhǔn)備工作完成后，接下來需要做的是定向，定向工作依據(jù)的指令函數(shù)主要是：String Command=″ % R1Q，9027,3：″+HZ+″，″V+″，″+Pos Mode+″，″+Atr Mode+″，″+Atr Mode+″，0 ″；String strR= Send And Recieve Data(Command，3)。定向工作完成后，就需要在指定位置處尋找目標(biāo)棱鏡，這一測量操作的指令為：String Command=″ % R1Q，9029，4:″+HZ+″，″+V+″，0 ″;String strR=Send And Recieve Data(Command，4)。棱鏡目標(biāo)搜索完成后，要進行精準(zhǔn)瞄準(zhǔn)，精準(zhǔn)瞄準(zhǔn)的具體指令為：String Command=″ % R1Q，9037，5:″+HZ+″，″+V+″，0 ″;String strR=Send And Recieve Data(Command，5)。上述工作完成后，就可以進行測量任務(wù)的批量操作了，批量操作環(huán)節(jié)的指令為：String Command=″ %R1Q，2008，6:1，1 ″;String strR=Send And Recieve Data(Command，6)。批量操作完成后，可以直接獲取測量成果，在最后操作環(huán)節(jié)中，必須對“是否為最后一點”進行復(fù)核，如果不是最后一點則要重新進行整個測量任務(wù)，當(dāng)限差合格時就可以關(guān)閉數(shù)據(jù)端口，斷開儀器，結(jié)束本次測量工作。此環(huán)節(jié)所應(yīng)用的指令為：String Result=″ %R1Q，2108,7∶1000,1 ″；String strR=Send And Recieve Data(Command，7)。

3 機器人自動化數(shù)據(jù)采集測控的開發(fā)和實現(xiàn)

安卓系統(tǒng)構(gòu)架按照從高到低的排序方式依次是應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運行庫層以及Linux內(nèi)核層。其中，四大組件分別為：活動，在安卓系統(tǒng)構(gòu)架中主要發(fā)揮表現(xiàn)的功能。服務(wù)，是整個運行過程中所涉及的后臺運行服務(wù)。廣播接收器，用于接收測量過程中的各種廣播信息。內(nèi)容提供商，相當(dāng)于數(shù)據(jù)庫，可以對發(fā)送和接收的信息數(shù)據(jù)進行讀取和存儲，具有方便安全和開放的特點。測量工作中借助的平臺除了安卓，還有一種基于安卓環(huán)境下開發(fā)的平臺——Android Studio，其與Eclipse ADT插件功能相似。因為Android Studio是Google的IDE，所以可以為安卓應(yīng)用程序的各項開發(fā)提供技術(shù)支持，提供的工具技術(shù)支持主要包括布局編輯器、代碼編輯和分析、工具調(diào)試、模擬器及構(gòu)建系統(tǒng)的模擬建設(shè)等[2]。

目前，通過ASCII指令的發(fā)送和解析已經(jīng)充分實現(xiàn)了機器人測量的自動化操作，安卓系統(tǒng)中對機器人測量操作的程序模塊主要以工程管理、學(xué)習(xí)測量、參數(shù)設(shè)置、自動測量及成果輸出為主。在地質(zhì)測量的自動化過程中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用界面提示，在工程管理模塊選擇工程文件，如果事先沒有進行學(xué)習(xí)測量，則在測量開始前要先進行學(xué)習(xí)測量，完成后再根據(jù)測量要求和需要對測量參數(shù)進行設(shè)置，確保測量輸出結(jié)果的真實性。在自動測量方式選擇設(shè)置過程中，測量工作完成后可以對測量結(jié)果數(shù)據(jù)進行輸出處理，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄和保存。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機器人自動化測量地質(zhì)工作成為發(fā)展的必然趨勢，將機器人自動測量技術(shù)和無人機測繪技術(shù)相結(jié)合，可以更快地獲取測量數(shù)據(jù)，對節(jié)約測量資金具有重要的意義?；诎沧科脚_開發(fā)的測量程序在實現(xiàn)自動化測量的同時，可以增強客戶的使用體驗。在安卓平臺上進行機器人測量具有廣闊的應(yīng)用前景，需要技術(shù)人員堅持創(chuàng)新，不斷提升技術(shù)水平，確保地質(zhì)測量工作的高質(zhì)量開展。