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一种基于ROS的机器人云平台架构设计

陈彬;黎晓东;尹作重

【摘要】机器人云服务平台是机器人技术与互联网技术相融合而产生,为用户提供

基于网络的机器人接人、监控、管理、数据分析、控制优化等专业化服务的一种软

件服务平台.提出一种基于ROS的机器人云服务平台架构,根据功能层次分为基础

层、平台层和服务层三个层次.基础层是提供基础设施资源的物理硬件层次,包括云

平台底层的硬件服务器和网络设备等;平台层是用于促进用户应用开发、部署的中

间件云服务,为机器人软件程序提供开发、测试和运行环境的层次;服务层是将资源

抽象和虚拟化封装成服务统一部署在云平台上,以提供软件的方式为用户服务.基于

ROS的机器人云服务平台架构结合了现有的机器人云平台架构,在其基础上进行了

优化,借鉴OpenStack的松散耦合架构完成基础层的设计,根据微服务体系结构将

应用软件拆分成一系列小型的微服务来实现平台云服务的封装.

【期刊名称】《制造业自动化》

【年(卷),期】2019(041)008

【总页数】3页(P115-117)

【关键词】机器人云平台;ROS;OpenSatck

【作者】陈彬;黎晓东;尹作重

【作者单位】北京机械工业自动化研究所有限公司,北京100120;北京机械工业自

动化研究所有限公司,北京100120;北京机械工业自动化研究所有限公司,北京

100120

【正文语种】中文

【中图分类】TP393

0引言

国内外现有的机器人云平台架构并不统一，或多或少的还存在一定的局限性，造成

了很多重复技术性研究。例如DAvinCi云计算平台是机器人技术结合云计算优势

的一次重要尝试，证明了在云端执行算法来构建大区域地图的执行时间可以显著缩

短，极大地提升了机器人的性能。但其架构设计主要针对即时定位与地图构建这一

具体场景，通用性并不强。RoboEarth架构没有考虑到在云中如何部署服务这个

问题，如何提高资源的使用效率是该系统的难点。知识共享的机器人云平台架构主

要用于多机器人（包括异构）之间协作：包括知识共享合作、物理任务合作和计算

任务合作。服务机器人云平台总体架构用面向服务的架构（SOA）来构建机器人

云服务，重在研究对云平台服务的调度和管理。但SOA集成机制和集中式治理在

系统需要扩展时预先确定了瓶颈，所以微服务架构似乎准备取代SOA作为占主导

地位的产业架构。

本文按照以下三个部分展开：对机器人云平台进行需求分析；提出一种基于ROS

的机器人云平台架构；总结与展望。

1机器人云平台需求分析

结合国内外现有的机器人云平台架构，机器人云平台架构设计需要从以下这些方面

来考虑：

1）机器人云平台用户有哪些，需要提供哪些云服务。机器人云平台适用对象有机

器人生产厂家和机器人用户：

对于机器人生产厂家来说，需要通过机器人云平台云服务来实现产品的优化设计，

达到经济效益的增长的目的。应用数据分析、数据挖掘技术，主动生成产品分析报

告和用户画像并推送给用户，从而为用户提供远程数据监测、远程控制与参数配置、

远程维护等通用服务。通过对机器人运行数据上传到云平台，对日志文件及系统故

障剖析，在产品设计及运行上对机器人出现的常见故障进行技术性的改进。建立机

器人大数据分析和故障预测模型，预测机器人何时会出现运行方面的问题，避免因

为意外停机而造成机器人任务的终止。实现机器人产品设计优化，提供故障预测与

诊断、全生命周期监控、远程维护和健康管理服务等增值服务。

对于机器人用户来说，需要利用机器人云平台的提供的开发环境研究机器人的应用

创新并进行实施验证。通过使用机器人云平台的大数据分析以及数据挖掘套件，研

究机器人的应用创新。对机器人进行建模，提出机器人领域大数据解决方案，并进

行实验验证。还要为用户提供测试与调试、售后管理和预测性维护等专用服务。

2）机器人云平台如何实现虚拟化。云平台即“平台上云”，又称为硬件虚拟化，

是将很多台计算机的物理硬件资源，予以抽象、转换后呈现出来并可供分割、组合

为一个或多个计算机配置环境[1]。由此，打破实体构造间的不能分割的妨碍，使

用户能够比原来的配置更好的形式来使用这些计算机硬件资源[2～4]。虚拟化是完

成硬件资源池化的一种方式，衍生出了很多种开源或商业的工具，例如vmware

软件中的exsi技术等。本文用OpenStack将机器人云平台虚拟化，它是一个大规

模可伸缩的完全分布式的，由Rackspace和NASA发起，