基于Wi-Fi的遥操作移动机器人研究

发布时间：2017-06-24 21:05

  本文关键词：基于Wi-Fi的遥操作移动机器人研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着网络技术与机器人技术的飞速发展,基于网络的遥操作移动机器人已经在很多领域得到应用。温室大棚施药作为设施农业生产中重要的环节,其施药方式主要以人工背负喷雾器手动施药为主,其机械化水平低,劳动强度大。因此将网络遥操作移动机器人技术应用到温室大棚施药领域具有重要的意义。本文设计的基于Wi-Fi网络的遥操作移动机器人控制系统,整体上分为手持遥控终端和机器人车载系统端两个部分,它们之间通过无线路由器进行远程通信。其中无线路由器通过Wi-Fi网络与手持遥控终端通信,通过串口与车载主控制器通信。本文首先结合温室大棚工作条件,确定了机器人车体移动机构和转向机构。采用STC12C5S60S2单片机作为车载系统主控芯片,控制车载系统各功能模块工作。采用OpenWrt系统为路由器系统,在编译、配置了OpenWrt系统后,基于此系统开发了网络转串口应用同时构建了视频服务器。采用基于Android系统的智能手机作为手持遥控终端硬件平台,运用多线程技术,结合Java语言编写具有视频监控和传感器数据显示功能的客户端。客户端通过Socket通信技术实现与车载系统数据传输,通过HTTP协议访问车载视频服务器并实时显示视频。车载系统中,设计了差速电机驱动电路并结合PWM技术对差速电机进行调速控制;设计了步进电路驱动电路控制机器人车体转向;采用多个超声波模块对机器人车体周围障碍物进行测距,所测距离信息供遥操作人员做避障参考;设计了光电编码器鉴相电路,并结合PID控制算法,实现了对机器人车体运动的闭环控制。最后,本文制作出机器人车体以及车载系统主控制器,并结合手持遥控终端进行了整体实验。实验中,手持终端能够远程精确控制机器人车体运动,并实时显示车载摄像头拍摄的视频以及车载传感器所测的数据信息。实验表明,系统的实时性好、稳定性强。本文设计的机器人车体可以作为温室大棚施药装置安装平台,施药人员利用遥控终端控制机器人车体运动,从而实现施药。
【关键词】：遥操作 移动机器人 Wi-Fi Android
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TN92
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景及研究意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 国内外温室大棚施药方式研究现状9-10
• 1.2.2 国内外网络遥操作移动机器人研究现状10-12
• 1.3 课题来源与研究内容12
• 1.3.1 课题来源12
• 1.3.2 研究内容12
• 1.4 本章小结12-13
• 第二章 系统总体方案设计13-18
• 2.1 系统设计要求13
• 2.2 系统组成13-14
• 2.3 系统远程控制模型14-15
• 2.4 机器人车体机械结构设计15-16
• 2.5 机器人车载系统主控芯片选择16
• 2.6 路由器系统选择16-17
• 2.7 本章小结17-18
• 第三章 无线局域网络搭建及监控数据传输18-30
• 3.1 无线局域网络概述18
• 3.2 IEEE的 802.11系列标准18
• 3.3 TL-WR703N介绍18-19
• 3.4 OpenWrt系统编译及配置19-22
• 3.4.1 OpenWrt系统编译19-20
• 3.4.2 OpenWrt系统配置20-22
• 3.5 网络转串口应用开发22-26
• 3.5.1 TCP/IP协议与Socket通信分析23-24
• 3.5.2 应用代码实现24-26
• 3.6 视频服务器构建26-28
• 3.6.1 USB摄像头驱动安装26-27
• 3.6.2 MJPG-streamer视频服务器搭建27-28
• 3.7 启动脚本编写28-29
• 3.8 本章小结29-30
• 第四章 基于Android系统的手持终端开发30-46
• 4.1 Android系统体系结构分析30-31
• 4.2 Android系统常用组件31-33
• 4.3 Android客户端开发33-45
• 4.3.1 客户端功能模块设计33-34
• 4.3.2 系统通讯协议设计34-35
• 4.3.3 客户端界面设计35-38
• 4.3.4 控制指令发送38-40
• 4.3.5 传感器信息显示40
• 4.3.6 视频监控功能设计40-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 移动机器人车载系统设计46-64
• 5.1 车载系统硬件设计46-54
• 5.1.1 系统电源电路设计46-47
• 5.1.2 差速电机驱动电路设计47-49
• 5.1.3 步进电机驱动电路设计49-51
• 5.1.4 编码器测速电路设计51-52
• 5.1.5 超声波测距传感器选择52-54
• 5.2 车载系统软件设计54-59
• 5.2.1 串口通信程序设计54-55
• 5.2.2 差速电机控制程序设计55
• 5.2.3 步进电机控制程序设计55-56
• 5.2.4 超声波测距程序设计56-57
• 5.2.5 速度检测程序设计57-59
• 5.3 PID转速控制算法59-63
• 5.3.1 PID控制原理59-60
• 5.3.2 数字PID控制算法60-62
• 5.3.4 增量式PID算法实现62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 整体调试与实验64-68
• 6.1 实验系统配置介绍64-65
• 6.2 系统测试65-67
• 6.2.1 远程监控功能测试65-66
• 6.2.2 视频传输实时性测试66-67
• 6.3 本章小结67-68
• 总结与展望68-69
• 参考文献69-73
• 攻读学位期间发表的学术论文73-74

【参考文献】

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