软件设计模式在移动机器人控制系统中的应用

　　1 引言

　　移动机器人是一种典型的机电一体化系统, 涉及到机械、电子、机算机、人工智能等多个学科。从系统的特点来看, 它属于嵌入式系统。其控制软件是反应式软件系统, 为保证控制周期的准确性和对内、外部事件的响应能力, 一般采用实时多任务操作系统作为其软件开发平台, 如QNX 和VxWorks 等。

　　长期以来, 移动机器人控制系统的设计和开发采用的是面向过程的技术和方法。面向过程的技术和方法本身的缺陷也长期困扰着开发人员。和面向对象方法相比, 面向过程的技术和方法有许多的不足, 如: 开发周期长、可复用性差、维护成本高、可扩展性差等。移动机器人控制系统, 由于其应用的特殊性, 往往对系统的实时性、可靠性有很高的要求。同时, 由于许多机器人所使用的设备是一样、或者类似的, 所以其软件也有着复用方面的要求, 这种情况在机器人产品升级时尤其突出。所以设计一个高效的、可复用的、可扩展的机器人系统, 是非常必要的。

　　面向对象的方法、设计模式(Design Pattern) 的思想作为当前实现软件模块化、提高软件可复用性的有效方法, 已经在许多软件领域获得了广泛的应用。通过不断的尝试和探索, 作者在移动机器人控制系统开发中引入设计模式, 有助于优化系统结构, 提高系统的可复用性和可扩展性。

　　2 设计模式

　　软件设计模式是对常见问题的有效解决方案的抽象。一个设计模式命名、抽象和确定了一个设计结构的主要方面, 这些设计结构能被用来构造可复用的面向对象设计。模式使人们可以更加简单方便的复用成功的设计和体系结构, 帮助开发者做出有利于系统复用的选择, 避免设计损害了系统的复用性。

　　一般而言, 模式有四个基本的要素:

　　* 名称(Pattern Name) 用一两个词来描述该模式的问题、解决方案和效果。

　　* 问题(Problem) 给出了该模式处理问题的上下文和服务质量的陈述。说明了应该在何时使用模式。

　　* 解决方案(Solution) 描述了模式的组成成分及各成分之间的相互关系、职责和协作方式。

　　模式可以应用于多种不同场合, 所以解决方案并不描述某个具体的设计或实现, 而是提供设计问题的抽象描述和怎样用一个具有一般意义的元素组合来解决这个问题。

　　* 效果(Consequences) 描述了模式应用的效果和使用模式应考虑的问题, 还包括应用模式对系统的灵活性、扩充性或可移植性的影响。

　　3 设计模式在系统中的应用

　　3.1 移动机器人平台(Mobile robot)