基于移动终端远程控制的小型移动机器人

论文总字数：26385字

摘 要

机器人技术自兴起后一直处于快速发展的状态，远程控制机器人也因其在复杂恶劣环境中的适应性逐渐成为研究热点之一。机器人远程控制可以使操作人员在避免进入到人类不适宜踏足的环境的情况下完成一些复杂任务，如深水作业、星际探索等。目前，国内外在远程控制移动机器人方面均取得了一定成果，但大部分机器人系统控制端是采用计算机系统，灵活性不足，且操作方法相对复杂。对此，本文通过将迅速发展中的Android移动终端平台与移动机器人结合，实现了一种基于移动终端远程控制的小型移动机器人系统。

本文首先介绍了系统整体结构和机器人的硬件平台的搭建，以TM4C123GH6PM微控制器作为机器人的主控芯片。然后研究了无线远程通信方案，确定Android客户端与下位机移动机器人之间通过Wi-Fi方式进行连接。其次，本文介绍了基于Android平板电脑的客户端程序，详细阐述了客户端功能界面、通信流程以及视频信息传送与接收的过程。再次，对系统的下位机程序、Android客户端程序的设计过程进行了深入的分析。论文最后对所设计的基于移动终端远程控制的小型移动机器人进行了测试，以验证系统的可行性。测试结果表明，Android客户端能够实时接收播放移动机器人所搭载的摄像头返回的视频，并能够实现对机器人有效及时的远程控制。

关键词：Wi-Fi，Android，小型移动机器人，远程控制

A SMALL MOBILE ROBOT BASED ON THE REMOTE

CONTROL OF THE MOBILE TERMINAL

Abstract

The robot technology has been in a state of rapid development since it born, and the remote control robot also has gradually become one of the research hot spots because of its adaptability in the complex environment. The appearance of remote control help the operator finish some difficult tasks without getting into places in bad working conditions, such as deep-water working, space exploration and so on. At present, the research in the remote control of mobile robot at home and abroad has made some achievements. However, most of the robot systems use the computer as the control terminal, which led to the lack of flexibility and the operation method is relatively complex. For this reason, a small mobile robot system based on the mobile terminal remote control has been designed, in which where the mobile robot is combined with the Android platform.

This thesis first introduces the overall structure of the system and the construction of the hardware platform of the mobile robot. This robot uses the TM4C123GH6PM microcontroller as the main control chip. Secondly, the wireless remote communication methods are studied. The robot is connected to the Android client via Wi-Fi. Thirdly, this thesis introduces the client based on the Android tablets by elaborating the function of the user interface, the communication process and the transmitting of the video data. Fourthly, the program of the robot and the Android client is carefully described and analyzed. In the end of the thesis, the small mobile remote control robot was tested to prove the feasibility of the system. The test results showed that the Android client could receive the real-time video from the camera of the robot, and control the robot remotely and effectively in time.

KEY WORDS: Wi-Fi, Android, Small Mobile Robot, Remote Control.

目录

摘要 …………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract ………………………………………………………………………………… Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 国内外远程控制机器人研究现状 1

1.3 移动终端的发展 3

1.3.1 移动智能终端 3

1.3.2 Android操作系统 3

1.4 研究目的和主要研究内容 4

第二章 系统整体结构与机器人硬件平台 5

2.1 系统整体结构 5

2.2 主控制板 6

2.3 电源设计 7

2.3.1 电源系统结构 7

2.3.2 小型移动机器人供电电池 7

2.3.3 DC-DC 24V转5V稳压电源模块 7

2.3.4 3.3V稳压电路 8

2.4 电机驱动方案 8

2.4.1 驰卡沙（TSUKASA）24V直流电机 8

2.4.2 带光耦的L298电机驱动模块 8

2.5 USB摄像头 10

2.6 机器人机械结构设计 10

2.6.1 履带式结构 10

2.6.2 上机身盖设计 11

第三章 无线远程通信方案 12

3.1 无线通信方案选择 12

3.2 TL-WR703N路由器与改造 12

3.2.1 TL-WR703N路由器 12

3.2.2 WR703N路由器的改造 13

3.3 OpenWrt系统与关键软件 13

3.3.1 OpenWrt系统简介 13

3.3.2 MJPG-Streamer软件和Ser2net软件 14

第四章 移动终端（Android）客户端 16

4.1 客户端界面与功能 16

4.2 控制命令的发布 17

4.2.1 通信协议 17

4.2.2 通信流程 18

4.3 视频信息的传输与接收 18

第五章 系统程序设计 20

5.1 下位机机器人程序设计 20

5.1.1 程序流程 20

5.1.2 时钟初始化 20

5.1.3 UART串口设置 20

5.1.4 PWM输出设置 20

5.2 Android 客户端程序设计 21

5.2.1 Android程序设计流程 21

5.2.2 应用程序Manifest文件 22

5.2.3 UI布局设计 23

5.2.4 Activity设计 23

5.2.5 Shared preference的实现 23

5.2.6 Surfaceview类实现视频播放 24

5.2.7 TCP协议下Socket传递数据 24

5.2.8 Android子线程 25

第六章 系统测试 26

6.1 系统开发环境 26

6.1.1 上位机开发环境 26

6.1.2 下位机开发环境 26

6.2系统控制测试 27

6.2.1 测试设备与测试方法 27

6.2.2 测试结果 28

结论 …… 29

致谢…………………………………………………………………………………………30

参考文献（References） 31

绪论

1.1 引言

随着科技的进步和发展，机器人的出现为人类社会发展带来新的转折点，它将人类从危险、繁杂的工作中解放出来。机器人凭借自身动力、控制能力以及对恶劣环境的适应能力，在工业、农业、医学、军事、航空航天等各类领域发挥着越来越重要的作用。

移动机器人的研究在机器人研究领域一直以来都颇受重视 [1]。在目前社会技术条件下，对于一些难度较高环境较为负载的任务情况下，机器人尚不能完全自主完成任务，仍需要人类智能的参与。移动机器人即一种根据操作人员预先设定的任务命令，移动到指定位置，并执行相应要求和操作的机器人。通常情况下，操作人员可通过观测现场环境，为机器人规划合适的行动策略。然而，实际生活中不可避免会出现一些人类不适合踏足的恶劣、危险的工作环境，机器人操作人员无法出现在现场，在这种情况下，远程控制技术的出现和发展可以解决这一问题。

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