本發(fā)明涉及互聯(lián)網(wǎng)和機器人技術領域，尤其涉及一種實現(xiàn)網(wǎng)絡遠程操控機器人設備的方法、系統(tǒng)和裝置。

背景技術：

互聯(lián)網(wǎng)機器人是指機器人設備和用戶通過互聯(lián)網(wǎng)進行信息傳遞，以實現(xiàn)用戶對機器人設備的遠程操控和環(huán)境數(shù)據(jù)獲取。其在當前的機器人應用領域非常流行，例如，利用互聯(lián)網(wǎng)機器人實現(xiàn)遠程醫(yī)療，安防監(jiān)控，高危環(huán)境作業(yè)實施等。

目前，機器人設備應用廣泛，在公共場所、家庭等環(huán)境通過（無線）路由器連接到互聯(lián)網(wǎng)，或通過無線通信網(wǎng)絡連接互聯(lián)網(wǎng)的情況下，因設備沒有公開網(wǎng)絡地址，故用戶客戶端無法直接在互聯(lián)網(wǎng)上找到機器人設備并進行通信。

因此，機器人設備采用通過互聯(lián)網(wǎng)連接云服務器，實現(xiàn)機器人設備所在環(huán)境數(shù)據(jù)的同步和獲取用戶實時遠程操作指令。機器人實時遠程操控的實現(xiàn)下面予以詳細說明，其中，用戶稱為操控方，機器人設備稱為被操控方。

具體地，操控方按照意愿使用客戶端程序發(fā)出操作指令，通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到云服務器，云服務器根據(jù)被操控方在線設備標識找到其對應連接，實現(xiàn)指令的實時傳遞。其中因處于運營商和路由器所組成的私有局域網(wǎng)等復雜網(wǎng)絡環(huán)境下，使用消息樹確認和重發(fā)機制確保關鍵指令的傳輸成功。

由上述方案可見，用戶遠程發(fā)送的機器人設備指令具有極強的實時效力，因此需要對機器人設備是否在線做出實時判斷。同時關鍵指令具有不可丟失的特性，尤其在重要工作場合中，關鍵指令推送需要確認和重發(fā)機制以確保各種網(wǎng)絡環(huán)境下指令被成功執(zhí)行。

另外，由于用戶和機器人設備數(shù)量龐大，云服務器必須使用高效的通信和消息處理機制，以確?？尚行院头掌?、網(wǎng)絡帶寬資源的實現(xiàn)成本的商業(yè)優(yōu)勢。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)的高性能遠程機器人實時消息推送方法、系統(tǒng)和裝置，以便提高實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)機器人的實時遠控和數(shù)據(jù)獲取的成功率和實時性。

本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的：

一種機器人設備在互聯(lián)網(wǎng)中的標識系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括標識碼管理模塊，標識碼嵌入模塊。

被操控方唯一設備標識碼的生成，獲取和安裝，云服務器根據(jù)被操控方唯一設備標識碼匹配和保存被操控方設備連接信息，并實施實時在線確認機制。

所述標識碼管理模塊，用于生成和記錄被操控方唯一標識碼，及回收失效標識碼。操控方通過客戶端軟件在云服務平臺生成被操控方唯一標志碼，同時，云服務平臺將操控方登錄使用的注冊用戶名和生成的被操控方唯一標志碼進行綁定和存儲記錄。

所述標識碼嵌入模塊，用于將已生成被操控方唯一標識碼嵌入機器人設備操作系統(tǒng)裝置，在被操控方安裝機器人設備操作系統(tǒng)裝置后，連接云服務平臺，實現(xiàn)標識碼與設備綁定生效。

一種被操控方實時在線的判斷和確認機制，實現(xiàn)操控方實時了解被操控方是否實時在線的狀態(tài)，該系統(tǒng)包括連接管理模塊、心跳模擬模塊、在線狀態(tài)存儲模塊，其中，所述模塊均位于云服務器側；

所述連接管理模塊，用于被操控方連接云服務器成功后的連接維護和連接相關信息管理；

所述心跳模擬模塊，用于云服務器定時向已連接被操控方發(fā)送模擬心跳協(xié)議數(shù)據(jù)，被操控方在一定時間內予以確認，以確定被操控方實時在線可控，如超過一定時間未收到確認消息，則判斷被操控方連接斷開，無法實現(xiàn)實時在線可控。并將被操控方的在線信息發(fā)送至在線狀態(tài)存儲模塊

所述在線狀態(tài)存儲模塊，用于保存由心跳模擬模塊發(fā)送的被操控方在線信息，以提供操控方實時查詢的結果返回；

一種實現(xiàn)機器人設備操控指令消息和機器人傳感器獲取數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸云服務平臺，該網(wǎng)絡平臺包括客戶端模塊、用戶網(wǎng)關模塊、設備網(wǎng)關模塊、關鍵指令確認及重發(fā)模塊；

所述客戶端模塊，用于操控方使用，以獲取被操控方信息和實現(xiàn)操控的軟件系統(tǒng)；

所述用戶網(wǎng)關模塊，用于在用戶打開客戶端模塊時，通過互聯(lián)網(wǎng)連接到云服務平臺后，用于管理客戶端模塊網(wǎng)絡連接。同時連接設備網(wǎng)關模塊以同步被操控方數(shù)據(jù)。

所述設備網(wǎng)關模塊，用于在被操控方設備啟動時，通過互聯(lián)網(wǎng)連接到云服務平臺后，用于管理被操控方設備網(wǎng)絡連接信息。同時連接用戶網(wǎng)關模塊已同步操控指令。

所述關鍵指令確認及重發(fā)模塊，用于將操控法發(fā)送的關鍵指令做識別和區(qū)分，并臨時存儲于消息樹數(shù)據(jù)結構中，在一定時間閾值內，將關鍵指令定時反復推送給被操控方，直到被操控方接受確認為止。

一種用于機器人設備的操作系統(tǒng)裝置，該裝置包括網(wǎng)絡通信模塊、指令處理模塊、狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)獲取模塊；

所述網(wǎng)絡通信模塊，用于同云服務平臺的設備網(wǎng)關模塊進行網(wǎng)絡連接和通信。

所述指令處理模塊，用于將接收的操控指令在設備本地執(zhí)行，并將執(zhí)行結果通過通信模塊返回。

所述狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)獲取模塊，用戶將設備本地系統(tǒng)狀態(tài)相關信息和通過設備所裝載傳感器獲取到的相關環(huán)境數(shù)據(jù)，通過通信模塊發(fā)送給操控方。

由上述技術方案可見，本發(fā)明中，操控方通過客戶端經(jīng)過云服務平臺獲取到被操控方狀態(tài)和所處環(huán)境相關數(shù)據(jù)，同時操控方通過云服務平臺了解被操控實時狀態(tài)信息，以確保指令的實時發(fā)送。操控方的關鍵指令在經(jīng)過云服務平臺時被識別并進行關鍵指令確認及重發(fā)處理，以確保在復雜網(wǎng)絡環(huán)境下的機器人操控指令成功執(zhí)行。

另外，由于操控方和被操控方數(shù)量巨大，云服務平臺使用設備網(wǎng)關和用戶網(wǎng)關以處理操控方和被操控方的連接信息，同時設備網(wǎng)關和用戶網(wǎng)關之間以長連接進行高效、低復雜度的網(wǎng)絡通信。從而實現(xiàn)了海量用戶和機器人設備的低成本連接及通信。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的實現(xiàn)機器人設備實施消息推送的方法流程圖。

圖2是本發(fā)明提供的實現(xiàn)被操控方實時在線的判斷和確認機制組成示意圖。

圖3是本發(fā)明提供的實現(xiàn)機器人設備操控指令消息和機器人傳感器獲取數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸云服務平臺組成示意圖。

圖4是本發(fā)明提供的機器人設備操作系統(tǒng)裝置結構圖。

圖5是本發(fā)明提供的實現(xiàn)機器人設備在互聯(lián)網(wǎng)中的標識的方法流程圖。

具體實施方式

圖1是本發(fā)明提供的實現(xiàn)機器人設備消息推送的方法流程圖。

如圖1所示，該方法包括：

步驟101，操控方獲取被操控方機器人設備在互聯(lián)網(wǎng)中的唯一標識，并嵌入機器人設備操作系統(tǒng)裝置軟件中，在客戶端下載后將其安裝于被操控方設備中。在設置被操控方網(wǎng)絡連接后，被操控方通過互聯(lián)網(wǎng)連接到云服務平臺，同時，用戶使用客戶端軟件連接至云服務平臺，云服務平臺根據(jù)設備唯一標志碼將用戶和設備進行綁定，將信息存儲在云服務平臺中。

其中，唯一標識被嵌入被操控方所需要的機器人設備操作系統(tǒng)軟件中，在云服務平臺生成后經(jīng)用戶下載、安裝至被操控方設備，實現(xiàn)設備標識。

所述設備在互聯(lián)網(wǎng)中的唯一標識，一般地，是根據(jù)用戶標識和unix格式時間值生成md5結果得到，確保同一個設備使用不同網(wǎng)卡登陸云服務均可被唯一識別。

步驟102，操控方用戶登陸客戶端軟件連接到云服務平臺，同時，被操控方設備安裝設備操作系統(tǒng)后，攜帶唯一標志碼連接至云服務平臺，云服務將操控方和被操控方進行綁定和記錄，操控方可在客戶端軟件中看到所綁定的被操控方設備信息，并進行指令操控。

步驟103，云服務平臺通過定時t時間間隔，對建立連接的被操控方設備發(fā)送心跳包，被操控方收到后立即回復，由此一個來回過程云服務平臺確認被操控方在線。如云服務平臺未收到確認數(shù)據(jù)返回，如有連續(xù)三次，則認為被操控方已不在線，不可接受實時指令。

步驟104，操控方通過客戶端軟件，獲取被操控方實時狀態(tài)，如在線，通過云服務平臺發(fā)送實時指令，經(jīng)云服務平臺轉發(fā)至被操控方，實現(xiàn)實時遠控操控。

步驟105，操控方發(fā)出關鍵指令，如開啟，關閉等重要指令，如發(fā)生丟失，機器人操控將出現(xiàn)嚴重問題。故云平臺對關鍵指令做匹配，將關鍵指令放入消息樹中存儲，消息樹一般使用rb-tree數(shù)據(jù)結構，基于其平均效率最好的特點。

步驟106，將正在推送的關鍵指令消息變?yōu)闃涔?jié)點，以用戶名和設備標識碼作為key（唯一），按消息生成時間字段作排序。消息樹節(jié)點表示該操控方用戶的關鍵指令消息正在進行推送，當被操控方收到消息，并返回確認消息給云服務平臺后，此關鍵消息將從消息樹中刪除，否則按可設定時間閾值t循環(huán)推送，直到發(fā)現(xiàn)被操控方不在線或收到被操控方確認消息為止。

其中，操控方和被操控方一般使用路由器或移動運營商網(wǎng)絡接入互聯(lián)網(wǎng)，指令從操控方經(jīng)云服務平臺再至被操控方中間網(wǎng)絡環(huán)境復雜，指令有丟失可能性。使用消息樹作為關鍵指令的臨時存儲，定時遍歷推送，實現(xiàn)在復雜網(wǎng)絡環(huán)境下確保關鍵消息準確發(fā)送的能力。

步驟107，被操控方收到指令并執(zhí)行后，將結果（包括異常錯誤）數(shù)據(jù)返回云服務平臺，同步至客戶端反饋操控方，完整流程結束。

圖1所示的機器人消息推送方法可以實現(xiàn)各種類型的消息和數(shù)據(jù)推送，例如，機器人遠控執(zhí)行指令，傳感器啟動、關閉和參數(shù)設定，機器人移動和導航輔助，音視頻數(shù)據(jù)的傳輸分享等。

下面以采用偽代碼格式描述協(xié)議為例，對使用所述云服務平臺實現(xiàn)機器人設備遠程操控和數(shù)據(jù)傳輸進行示例性說明，所舉例子并不用于限制本發(fā)明，使用通信協(xié)議結構如下具體請參見表一：

表一

typerequestwebstruct{

emailstring//用戶郵箱

cmdstring//指令名稱

subcmdstring//子指令名稱

valueint//參數(shù)值

datastring//參數(shù)字符串值

ridint//機器人唯一標識碼

dinfodeviceinfo//設備信息

}

typedeviceinfostruct{

didstring//設備唯一標識碼

dnamestring//設備名稱

dtypestring//設備類型

dipstring//設備網(wǎng)絡地址

wifiidstring//設備連接wifiid

wifikeystring//設備連接wifi密碼

}

typeresponsewebstruct{

retint//返回碼

msgstring//處理結果描述

cmdstring//指令

subcmdstring//子指令

dinfodeviceinfo//設備信息

}

首先，用戶登錄云服務平臺客戶端，進行用戶名注冊和登錄，添加設備同時生成設備唯一標識碼，使用標識碼嵌入機器人操作系統(tǒng)功能，下載并安裝嵌入完成的機器人操作系統(tǒng)至機器人設備中，將設備連接互聯(lián)網(wǎng)，連接云服務平臺后，根據(jù)唯一標志碼實現(xiàn)用戶和機器人設備的綁定，用戶在客戶端發(fā)布指令使用requestweb協(xié)議格式傳輸用戶指令，經(jīng)云服務平臺推送至機器人設備，機器人設備執(zhí)行命令，將結果數(shù)據(jù)返回云服務平臺，同步至客戶端，使用responseweb協(xié)議格式反饋用戶，至此，機器人遠控完成。

本發(fā)明還提供了實現(xiàn)被操控方實時在線的判斷和確認機制和系統(tǒng)裝置，具體請參見圖2。

圖2是本發(fā)明提供的實現(xiàn)心跳機制的系統(tǒng)組成示意圖。

如圖2所示，該系統(tǒng)包括連接管理模塊201、心跳模擬模塊202、在線狀態(tài)存儲模塊203和操控方客戶端204，及被操控方設備205，其中，所述連接管理模塊201、心跳模擬模塊202和在線狀態(tài)存儲模塊203均位于云服務平臺網(wǎng)站服務器側，同時，為不同設備中提供功能一致的操控方客戶端204，被操控方設備205中安裝有機器人操作系統(tǒng)，此系統(tǒng)下文有詳細介紹。

連接管理模塊201，處理海量來自操控方用戶客戶端，和被操控方設備的接入連接信息管理，為提供高效率的云服務平臺，此處使用基于tcp的長連接模式，即連接后不斷進行數(shù)據(jù)通信，直到操控方或被操控方自行退出才關閉連接，如此設計避免了通信頻繁的建立連接過程和系統(tǒng)消耗，使數(shù)據(jù)更加實時傳遞，符合機器人實時應用的特性。

心跳模擬模塊202，用于云服務平臺對已經(jīng)建立長連接的操控端或被操控段進行設定時間間隔閾值t的輪訓訪問，推送心跳協(xié)議包，當被操控方收到后進行回復，云服務平臺收到回復后，確認被操控方在線，否則，當連續(xù)n次未收到被操控方的心跳回復包后，即判定被操控方離線，此時將離線結果同步至操控方客戶端204，反饋操控方此時被操控方離線不可控。

在線狀態(tài)存儲模塊203，用于記錄存儲操控方和被操控方連接云服務平臺產(chǎn)生的長連接信息，使用基于鍵-值對的形式進行存儲，以操控方或被操控方唯一標志碼為鍵，長連接信息和最新一次心跳確認時間為值；存儲格式參見表二：

其中，當有數(shù)據(jù)傳輸時根據(jù)鍵信息找到已建立的長連接，進行數(shù)據(jù)推送傳輸。

操控方客戶端204，用于提供用戶使用的基于圖形用戶界面的軟件，以web方式實現(xiàn)支持繁多種類的客戶端形式，

被操控方設備205，即機器人設備。

根據(jù)所述，連接管理模塊201接收到被操控方設備205的連接請求后，建立長連接，并使用被操控方設備205的唯一標志碼做為鍵值，將長連接信息存儲至在線狀態(tài)存儲模塊203，此時，心跳模擬模塊202按設定時間間隔閾值t，遍歷已存儲長連接進行心跳數(shù)據(jù)包的推送，在收到被操控方設備205的回復包后將unix格式的當前時間對應更新存入在線狀態(tài)存儲模塊203。當用戶使用操控方客戶端204連接至云服務平臺時，云服務平臺將查詢在線狀態(tài)存儲模塊203中存儲的用戶綁定被操控方設備的最新心跳更新時間，如滿足如下數(shù)學表達式：

p=(t_interval*n)-(time_now-time_hb)

t_interval：設定間隔時間

time_now：系統(tǒng)當前時間

time_hb：記錄的最新一次被操控方確認心跳更新時間

n：設定判斷設備離線心跳次數(shù)

p：結果值

當p>0時則判斷被操控方設備在線，否則，當p<=0時判斷被操控方設備離線。當被操控方設備在線時，操控方可使用操控方客戶端204實現(xiàn)發(fā)布指令等遠控操作。其中，t_interval越小，判斷越實時，但發(fā)送數(shù)據(jù)處理性能要求越高。

圖3是本發(fā)明提供的實現(xiàn)機器人設備操控指令消息和機器人傳感器獲取數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡傳輸云服務平臺組成示意圖。

如圖3所示，該網(wǎng)絡平臺包括客戶端模塊301、機器人設備302和用戶網(wǎng)關模塊303、設備網(wǎng)關模塊304、以及關鍵指令確認及重發(fā)模塊305。

客戶端模塊301，即是上述操控方客戶端204。

機器人設備302，即是上述被操控方設備205。

用戶網(wǎng)關模塊303，用于接收和處理來自客戶端模塊301的連接請求。

設備網(wǎng)關模塊304，用于接收和處理來自機器人設備302。

關鍵指令確認及重發(fā)模塊305，用于判斷用戶網(wǎng)關模塊303接收到的來自戶端模塊301所發(fā)送的操控指令，將關鍵指令存入指令樹。參見步驟106。

圖4是本發(fā)明提供的機器人設備操作系統(tǒng)裝置結構圖。

如圖4所示，該裝置包括云服務平臺401和指令處理模塊402、狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)獲取模塊403、網(wǎng)絡通信模塊404、機器人設備傳感器模塊405。402、403、404三個模塊是組成機器人設備操作系統(tǒng)裝置主要部分。

云服務平臺401，參見圖3說明。

指令處理模塊402，用于對網(wǎng)絡通信模塊接收到的指令進行執(zhí)行。

狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)獲取模塊403，用于對機器人設備傳感器模塊405進行開控制并取得相關結果數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括通用傳感器結果，如被操控方所處環(huán)境的氣溫，光感強度，經(jīng)緯度，磁場情況，周圍環(huán)境測距結果，音視頻數(shù)據(jù)等等

網(wǎng)絡通信模塊404，用于連接云服務平臺并進行通信。

所述網(wǎng)絡通信模塊404接收到來自云服務平臺401的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，包括推送指令和心跳包等數(shù)據(jù)協(xié)議經(jīng)指令處理模塊402執(zhí)行后的到結果數(shù)據(jù)，返回云服務平臺401。其中，有對于獲取被操作方數(shù)據(jù)的請求指令，根據(jù)狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)獲取模塊403的結果數(shù)據(jù)返回云服務平臺401。實現(xiàn)被操控方機器人遠控和被操控方所處環(huán)境數(shù)據(jù)的同步。

圖5是本發(fā)明提供的實現(xiàn)機器人設備在互聯(lián)網(wǎng)中的標識的方法流程圖。

圖5中所述流程均位于云服務平臺網(wǎng)站服務器側。

如圖5所示，該流程包括：

步驟501，操控方通過客戶端發(fā)起請求指令。

步驟502，云服務平臺接收操控方請求

步驟503，云服務平臺判斷所接受的操控方請求是否為關鍵指令。如是，則進行步驟504將關鍵指令作為節(jié)點添加進消息樹，該節(jié)點以用戶名和唯一標識碼為標識，以添加時間作為排序參數(shù)。如否，則執(zhí)行步驟509直接將請求推送至被操控方執(zhí)行。

步驟505，用于關鍵指令在消息樹中，定時間隔時間t遍歷消息樹中的所有指令，向對應被操控方推送。

步驟506，判斷關鍵指令是否被操控方確認收到并返回云服務平臺確認消息，如是，執(zhí)行步驟508，將該關鍵指令節(jié)點從消息樹中刪除，并執(zhí)行步驟509將請求推送至被操控方執(zhí)行。否則，執(zhí)行步驟507繼續(xù)判斷被操控方是否在線，如是，則循環(huán)執(zhí)行步驟505，否則，執(zhí)行步驟510，同步被操控方離線信息到客戶端，同時將該關鍵指令節(jié)點從消息樹中刪除。

其中，消息樹建議但不限于使用二叉平衡樹的數(shù)據(jù)結構，查找效率時間復雜度為o（logn），提供平均高效率的叉查找。

流程完成

機器人類產(chǎn)品具有廣闊的發(fā)展前景，人們期望智能機器人在更多領域為人類服務，代替人類完成更復雜的工作。機器人的遠控是重要的操控形式，包括自動化產(chǎn)品等均需要遠控作為重要的輔助手段。

本發(fā)明實現(xiàn)基于互聯(lián)網(wǎng)云服務的機器人遠控技術，對關鍵指令處理和海量被操控放設備的連接管理提供更加可靠和高效的技術手段。同時，使被操控方機器人設備的云服務接入成本低，易于操作執(zhí)行。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內。