[发明专利]基于云计算的多机器人系统及其实现方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及云计算技术领域，尤其涉及一种基于云计算的多机器人系统及其实现方法。

【背景技术】

目前的多机器人系统的体系结构主要有集中式、分布式和分层式几种。其中，集中式结构的多机器人系统中，所有机器人与中心服务器进行交互，而多机器人之间没有直接通信，机器人之间要通信必须经过中心服务器进行中转。因此集中式的多机器人系统不能满足实时通信的要求，中心服务器的错误会导致整个系统的崩溃，可容错性差，随着机器人数量的增加，会使得中心服务器的工作负担超过其承受能力，使得中心服务器与其他机器人之间的通信出现瓶颈，因此只适用于机器人数量不多的多机器人系统，可扩展性差。

分布式结构的多机器人系统，无线通信网络的节点由单个机器人充当，一个节点出错不会影响到其它节点之间的通信，且机器人之间可以直接通信，通信效率较集中式的高，但难以进行高难度的协同和全局目标的优化，同时，各机器人的处理器因为考虑便携性和成本因素不可能做的功能十分强大，虽然各机器人之间可以互帮互助，但总体处理能力有限。

分层式结构的机器人系统是将集中式结构和分布式结构进行了结合，其中，节点由单个机器人充当，多个机器人之间即可直接通信，又能与中心服务器进行通信，分层式的机器人系统能在一定程度上缓解集中式结构和分布式结构的问题，但仍然存在以下问题：

(1)分层式的多机器人系统中，每个机器人都可以将自己难以处理的任务发送给中心服务器进行处理，机器人数越多，中心服务器需要处理的任务就越繁重，一旦达到中心服务器的处理极限，整个系统将无法继续加入机器人。虽然可以采用升级中心服务器的方法来解决这一问题，但是升级中心服务器费时费力，成本高，因此传统的这种分层式的多机器人系统的可扩展性不高。

(2)分层式的多机器人系统中在扩充机器人时，即使不考虑成本而采用升级中心服务器的方式，但由于升级部署需要一定的时间，难以实时的批量加入大批机器人，而实时批量的加入大批机器人在很多作战、应急等应用中广泛需求。此外，一旦作战任务和应急任务完成，则可能会有很多机器人退出，只留下部分机器人进行扫尾和善后工作，此时中心服务器的大部分处理能力就会出现闲置，造成资源和能源的浪费。

(3)若分层式的多机器人系统中的中心服务器故障或崩溃，则仍然难以进行高难度的协同和全局目标的优化。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种可扩展性和可靠性更高，能满足机器人的实时批量加入和退出及任务量的急剧变化的基于云计算的多机器人系统。

一种基于云计算的多机器人系统，包括多个机器人节点、多个用于处理机器人运行信息的云计算节点、与所述机器人节点和云计算节点进行交互的控制模块，所述控制模块包括：

扩展模块，用于处理云计算节点的加入和退出请求；

伸缩模块，用于处理机器人节点的加入和退出请求；

容错模块，用于处理云计算节点和机器人节点的故障处理请求。

优选的，所述扩展模块包括：

云计算节点加入处理模块，用于响应云计算节点的加入请求，在系统基础设施中加入相应云计算节点，在系统分布式计算环境中加入相应云计算节点，并将机器人服务软件部署到相应云计算节点，然后将新加入的云计算节点信息发送至所述伸缩模块；

云计算节点退出处理模块，用于响应云计算节点的退出请求，将机器人服务软件从相应云计算节点卸载，并在系统分布式计算环境中删除相应云计算节点，然后在系统基础设施中删除相应云计算节点。

优选的，所述伸缩模块包括：

机器人用户伸缩模块，用于响应机器人用户的加入和退出请求，为新加入的机器人用户分配云计算资源，回收退出的机器人用户所需的云计算资源；

机器人任务伸缩模块，用于响应机器人任务的加入和退出请求，将新加入的机器人任务调度到云计算节点上进行处理，回收退出的机器人任务所需的云计算资源。

优选的，所述容错模块包括：

云计算节点故障处理模块，用于响应云计算节点的故障处理请求，将发生故障的云计算节点上的机器人用户和机器人任务迁移，并修复发生故障的云计算节点，若修复失败，则调用所述扩展模块删除云计算节点；

机器人节点故障处理模块，用于响应机器人节点的故障处理请求，调用所述伸缩模块将发生故障的机器人节点上的所有任务分配到其他机器人节点，并删除发生故障的机器人用户，修复发生故障的机器人节点，若修复成功，则调用所述伸缩模块加入修复成功的机器人节点。