摘要:该文主要对设立该项目的初衷、Gryphon机器人的远程操作环境以及远程控制软件都做了概要性介绍。在此基础上,作者结合中国实际,提出了一些自己的看法。
关键词:Gryphon机器人;互联网;远程控制;本土化
中图分类号:TP302.1文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)26-7444-03
A Gryphon Robot Based on-line Remote Training Method of New Human-computer Interaction
QIANG Lin
(Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721007, China)
Abstract: In this aticle, the establishment of the project"s original intention, Gryphon robot remote operating environment, as well as remote control software have done a summary introduction. On this basis, the author combines actual situation in China, made a number of their views.
Key words: gryphon robot; internet; remote control; localize
本论文通过毛里求斯大学工程系的一个 “新型机器人网络接口”项目,介绍了一种机器人基础学习的简单方法。
机器人技术是集机械学、电子学、电脑智能控制技术以及网络通讯技术等多项技术于一身的前沿科技。该技术广泛应用于工业、勘探、公共服务和医学领域。通过采用某种管理控制模式,人们可以远程控制机器人系统,从而避免使用者直接接触危险环境和去到从前难以到达的地方。随着计算机网络和Internet的发展,利用远程设备,人们在世界上任何地方都能够实现与机器人的连接。此项目立项的初衷是想利用毛里求斯大学工程系的现有设备,用较少的花费,让学生学习机器人技术,对机器人进行远程编程,进而远程操作机器人。
如今,一旦人们需要信息时,万维网则是获取信息、并且能方便显示在电脑屏幕上的有效工具。随着互联网使用者的增加,加上那些实用、易用且相对廉价的技术,万维网已经成为用于通讯交流的强大媒体。
远程教育已经成为教授多种学科而广泛使用的教学方法。在本项目中,WWW的主要特征——如通讯,已经被广泛使用。该项目的问题之一是如何通过万维网把初学者引入机器人技术领域,还有如何选择呈现模式以及交互模式。另外,不要忘记计算机和Gryphon机械设备要通过网络相连,实现控制。
1 新型远程培训方法介绍
1.1 Gryphon精密机器人
Gryphon机器人网络接口的界面部分由意大利的Italtec公司的Walli机器人小组设计。Gryphon是主要模仿人类上肢运动的传统机器人,并且具有让处于前部平台的肩、手肘、手腕旋转的轴,其中腕部具有两个有效轴,分别用于旋转和升降。机器人身上总共有五个轴和一个爪子(钳子)。两指钳为真空装置,更换容易。其内部需要约5~8巴的空气压力支持。钳子由0和1表示开与关。
机器人有一个控制箱支持其工作。任何其他兼容设备都可以经由控制箱的连接协同工作。每个轴由一个步进马达提供动力,这种步进马达具有光学解码反馈器,可以对轴进行闭路控制。机械臂由四个微处理器控制,如果程序处理得当,机械臂确实能在工作单元(workcell)中和各部分精确配合工作。子处理器经由串行接口和主处理器进行通信,主机通过RJ45和控制板相连。控制板主要用于主机和控制盒的通讯,也用于所有的数控系统通讯。当然在Gryphon机器人中,控制板主要用于主机和机器人之间的通讯。RJ45接口是为串行通讯的专利设计,由一条专用线和RJ45头构成。
我们可以多种方式完成编程。每个轴的数据都可以用名为WALLI3的软件通过屏幕直接编辑输入。Gryphon机器人可以用教学式悬架操纵,也可以人工直接操纵。
1.2 键盘控制的WALLI3系统
WALLI3(Workcell Amalgamated Logical Linguistic Instructions第三版)是专为Windows环境设计的WALLI软件的升级版。正如该软件名称显示的那样,该软件是有关在自动或机械工作单元中的协同工作的(workcell)。该软件能够支持独立的(stand alone)机器人设备,或者是工作单元中设备与零部件的组合,工作单元起到自动产品的组织示范作用。工作单元的内容非常灵活,它可以包括任何数量设备的组合,并根据用户意愿指定和更改这些组合,以满足不同的教学需求。
1.3 基于网络的系统
以下几个部分简要描述了为远程用户使用Gryphon机器人而开发的基于网络的接口系统:
1.3.1 Mircosoft IE6.0作为前台浏览器
该机器人控制端网站是用HTML、DHTML和ASP等技术开发的,当然本系统也有一些自己独有的特性,如可根据浏览器性能自动选择不同的浏览器。当前较流行的浏览超文本文档的浏览器有微软的IE和Netscape的Communicator。微软的IE浏览器是一款功能强大的浏览器,在Windows操作系统的所有版本中都带有IE浏览器。它支持多媒体、图形和ActiveX组件,非常适合ASP的需求。Netscape运行于基于Windows的操作平台,也支持多媒体和图形。但Netscape缺乏对ASP的某些支持,如它不能识别VBScript的所有语法,但能识别JavaScript的所有语法。解决方法当然是选择IE6.0,因为他能有效支持ASP技术和VBScript。何况,既然它是网上最流行、使用最广泛的浏览器,这种选择显然也合乎逻辑。
1.3.2 IIS 6.0作为网络服务器
像处理HTML请求和按请求给客户端浏览器发送静态网页这种关键任务都是由网络服务器实现的。除此以外,网络服务器还能执行能明显加强网站内容的软件。选择某个网络服务器的因素有:执行网络应用程序的速度、安全性、是否支持虚拟目录、是否有能力限制访问一些IP地址。微软Internet Information Server(IIS)就是一个安全的服务器,它的安全系统和Windows NT相连。IIS和windows NT一同提供了一定数量的安全层,在用户到达网站时必须经过这些安全层。参照最苛求的网站所要求的安全特征,它的安全性也是具有一定深度和广度的。Personal Web Server (PWS)是为Windows95/98设计的服务器。它不具有IIS的所有特征,它更便于开发离线程序而非作为提供健壮、灵活、安全功能的网络服务器。PWS支持虚拟目录,能允许并发访问的用户数量有限。此外,它缺乏安全性。当然PWS无法也无意同IIS竞争,因此,很明显,IIS是健壮、灵活、安全的服务器的首选。
1.3.3 VBScript作为服务器端的脚本语言、客户端的确认
VBScript是一个允许把函数嵌入HTML文档中的脚本语言。VBScript使创造丰富的、动态的、交互的网页内容成为可能。VBScript拥有丰富的特征集,为开发客户端和服务端应用程序提供了非常好的环境。很多过去要求在服务器端处理的任务现在也能在客户器端处理。这样既减少了客户访问服务器的请求,也减少了服务器上需要为这些请求开辟的空间。但是,由于VBScript是解释型的,服务器上必须要有能正确执行代码的软件。在客户端,网页浏览器必须支持VBScript。IE有这项内建功能,但是很多其它浏览器则需要安装插件才能支持VBScript。
1.3.4 JavaScript和HTML作为客户端的编程语言
JavaScript是由网景公司开发的面向对象程序设计语言。在语法上,JavaScript与Java相当像,但它并非Java的子集。JavaScript非常适合开发相对规模较小的程序,这样也易于维护。JavaScript是内嵌于HTML文档的脚本语言,也能用来编写程序。所以服务器或者网页浏览器必须要有能执行这些代码的JavaScript引擎。IE和网景的Navigator都支持JavaScript。
1.3.5 作为编程技术的Microsoft ASP3.0(Active Server Pages)
到目前为止,因为有客户端程序的帮助,一些发布的页面也有某种程度的交互,这都该归功于客户端脚本。但是,一些应用程序则需要访问数据库进行查询。ASP可以描述为服务器端的脚本环境,它可以用于创建和运行动态的、交互的、高性能的网络服务应用程序。ASP综合了HTML、脚本、ASP代码,这样能比只结合HTML有更高程度的交互。ASP可以在HTML文件里直接包含可执行脚本。微软ASP是一个服务器端的脚本环境,允许程序员创建和运行动态的、交互的、高性能的网络服务应用程序。ASP脚本在服务器上运行,而非客户机,而后网页服务器再给客户机送出HTML页。ASP是一个独立浏览器,并且只浏览服务器端处理HTML页之后的结果。ASP应用程序的特点是,完全整合了HTML文件;不需要手工汇编和链接,易于创建;既然脚本和服务器组件在服务器端执行,对用户而言不可见,因而ASP应用程序是灵活和安全的。ASP可以使程序员使用任何提供ASP支持的脚本语言。ASP为微软Visual Basic Scripting Edition(VBScript)和JavaScript提供脚本引擎,这个项目我们使用的脚本语言是VBScript。
1.3.6 作为后台数据存储器的Microsoft Access
系统的表现很大程度上依赖系统后台。SQL server的首要目标是允许数据以多种格式存在,并且能用不同的方式获取。微软不仅想用SQL server提供更强大的关系数据库管理系统,还想要提供一种机制,来收集存储对比性信息,和用一致的有用的方式呈现数据。数据库进行复制时是顺向进行的。SQL server复制技术包括拷贝数据、把拷贝的数据移动到不同的位置、同步数据使拷贝具有相同的数值。相对于其他桌面数据包,ACCESS可以创建更好的后台数据包。ACCESS的巨大优势是用户很可能使用WINDOWS作为操作系统,Microsoft Office作为其基本的应用程序。由于Access是Microsoft Office的一部分,因而Access能很好的整合这些数据包,数据在Access和其他Office组件之间传递也相对容易。除此之外,Access对于各个层次的用户而言都是比较容易使用的。ASP也支持Access,作为其有效数据源。Access一个相当大的益处可能是它提供的移植性,这表示在不改变功能和设置的情况下,它可以从一个服务系统移动到另一个服务系统。Microsoft Access是一个合适的解决方法,因为它包括了系统要求的所有特征,何况,该项目的设计也没有要求使用大型、复杂的数据设备。
1.3.7 作为与机器人连接的VNC
由ATM Network Computers开发的虚拟网络计算(The Virtual Network Computing)技术是一个远程显示系统,它不仅允许人们在运行着的本地计算机上,还可以在网上任何地方运行着的、各种不同体系结构的计算机上对一个运算的“桌面”环境进行观察。因此VNC非常理想被称作WALLI3软件,用于给远程机器人编程,对其进行控制。
2 结论
我国的远程教育在经历了函授教育、广播电视教育后,已经进入网络教育,即现代远程教育阶段。
近年来,我国远程教育在硬件、软件、潜件三件建设方面发展迅速,已经取得了显著成绩。但不足也是明显的,如建设资金不足、网上资源不足、技术支持不足、理论指导不足等,都是制约我国远程教育发展的因素。以上提到的国外这种远程教育形式当然是值得充分肯定的,这种教学形式形象生动,以几乎接近真实的方式,极大的锻炼了学生动手能力和实际操作能力。它比较类似民航训练飞行员的模拟座舱,座舱里的仪器设备是和真实飞机中一一对应的,这种模拟训练能在某种程度上代替真实飞行,而且相对真实飞行训练,模拟培训费相对低廉,安全系数也高。对我国现阶段的远程教育而言,笔者认为,实现这种方式的主要障碍是一个是资金问题,另一个是教育机构和产业界深度合作的问题。
虽然我国国民经济的飞速发展为教育事业的进步起到了巨大的推动作用,但基础设施建设资金不足依然是我们面临的现实问题。特别是一些西部高校、非重点培训机构,即使是和国内一些重点高校相比,差距都相当大。所以要想搭建本文所述的学习平台,筹集足够的资金难度很大。另外,要想有效采用这种培训方式,产业界的支持是必不可少的,培训的学生要面向职场,他们最好在培训阶段就接触当前他们所学专业的前沿,知道这个专业具体都在做什么,怎么做?培训机构和企业的合作笔者认为是最有效的途径。但产学研一体化或者和企业合作办学正是很多高校的劣势所在。这也是阻碍我们采用这种先进教学模式的另一因素。
另外,这种方法善于用在操作性较强的工科课程培训上,文理科是否也有借鉴价值,值得思考。
参考文献:
[1] Saravanen M,King Robert T F Ah, Rughooputh, Harry C S.A web-based interface for the Gryphon robot[D].University of Mauritius,2003.
[2] 王丽萍,杨鼎,张伟.高校招生信息化研究[J].湖南株洲工学院学报,2006(3).
[3] 徐祥生.基于计算机网络的自适应式远程教育模式的研究[J].科技资讯,2006(7).
[4] 周倩.现代巨型大学的历史演变与发展趋势[J].郑州大学学报,2006(3).
[5] What happened to NetMeeting?[EB/OL]./windows/netmeeting/default.asp.
