机器人关节通信总线系统的建模与验证

高速串行现场总线（controller area network，简称CAN）被广泛部署到机器人通信系统中.而服务机器人任务具有并发性和高实时性的特点，因此，如何根据总线协议规范和应用需求精化设计模型，保证系统设计的正确性和实时性要求，避免设计阶段的漏洞十分必要.针对传统方法的局限性，提出使用形式化方法对基于CAN现场总线型控制系统进行建模分析.首先，对系统进行模型抽象和形式表达；其次进行形式建模和自动验证，在UPPAAL中实现主控制器、关节控制器、收发器、仲裁器和CAN总线的时间自动机模型；最后对机器人通信系统进行正确性验证和实时性分析.实时性分析发现：随着总线上关节节点数的增多，低优先级节点的最坏仲裁时延的增长速率加大.针对这个问题，在形式模型中加入了改进的动态优先级策略.实验结果表明：部署动态优先级策略后不仅减小了低优先级节点的仲裁时延，而且还可以加大CAN总线的节点负载量，为系统设计提供有效的指导和参考