可远程监控的全向移动机器人小车remotemonitoringoftheomnidirectionalmobilerob
全向移动机器人小车能在狭小作业空间高效率移动，具有体积小、作业灵活、智能化程度高等特点，尤其在狭小作业空间或转向通道中具有独特优势。远程监控系统通过Wi-Fi把小车周围的图像发送给控制端，控制端给小车下达指令，实现远程监控。 全向移动机器人小车作为本次设计的被控对象,控制端是Android手持终端(PC机或手机),Wi-Fi是连接被控对象和控制端之间的枢纽。这样，手持终端上就能够实时得到机器人小车周围环境的图像，能够对机器人小车实现更加准确地控制。本文在对全向移动机器人小车的机械结构做了比较全面的介绍之后，对远程监控控制系统的主要研究内容如下: 1)机器人小车远程监控控制系统总体设计设计了整个远程监控控制系统的总体结构体系，详细介绍了控制系统的工作原理，并对远程监控系统的功能要求和性能要求做了描述。 2）机器人小车远程监控控制系统的硬件设计硬件设计方面主要包括对元器件的选型，并设计了外围接口电路，根据各个功能模块设计了电路原理图和绘制了PCB板。确定了STM32F407VG为主控板,确定无线局域网(Wi-Fi)作为系统的无线传输方式，通信模块选择嵌入式Wi-Fi模块。分析市场上几种比较常见的视频模块，选定OV2640作为本次设计的视频采集模块。 3）机器人小车远程监控控制系统的软件设计主要对控制系统总体架构进行了设计，机器人小车的远程控制流程图,以及核心代码介绍。本文完成了基于Wi-Fi的全向移动机器人小车的远程监控系统的硬件设计和软件设计，可以通过PC机或Android手机远程监控机器人，实现对机器人小车的远程控制和实时监控。关键词全向移动；远程监控；无线网络；机器人小车
目录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究背景与意义 1
1.3 全向移动机器人远程监控研究现状 2
1.3.1 国外研究现状 2
1.3.2 国内研究现状 4
1.4 本课题研究目的 5
1.5 本文研究内容 5
第二章 远程监控控制系统总体设计 6
2.1 全向移动机器人小车机械结构介绍 6
2.1.1底盘机械结构 7
2.1.2 机械手机械机构 9
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.2 控制系统结构体系设计 11
2.3 远程监控系统的工作原理 13
2.4 远程监控系统设计要求 13
2.4.1 系统功能要求 13
2.4.2 系统性能要求 13
2.4.3 主要技术指标 14
第三章 远程监控系统硬件设计 15
3.1 远程监控系统硬件设计要求 15
3.2 机器人小车端硬件设计 15
3.2.1 MCU的选型及接口电路设计 15
3.2.2 实时图像信息传输模块 20
3.2.3 电路原理图设计 21
3.3 远程控制手持终端 23
第四章 远程监控控制系统软件设计 24
4.1 软件总体架构设计 24
4.2 主程序设计 24
4.3 机器人小车控制子程序设计 25
4.5 系统测试要求 27
总结和展望 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 引言
随着人类对大自然的好奇心越来越大，对不自然的探索也不断加深,一些相对工作环境比较恶劣的情形就无法避免的出现了，并且人们有时根本无法去预测机器人的工作环境，到底处在什么样的复杂环境中，这时候机器人就需要在远离人类视线的地方进行作业，通过机器人上面的视觉系统，把机器人周围的环境通过视频的形式，传输到控制着那里，这样就能够控制机器人完成工作[1]。因此，对于如何准确，快速和灵活的远程控制机器人，自60年以来，机器人诞生之后，这项研究从未停止过。近几年来，安卓操作系统以其完整的开源、应用的公平性、快速运行等优点而得到迅速发展。它在移动智能终端操作系统的市场上有着较高的占有率。
1.2 研究背景与意义
机器人是一种机械装置，可以进行编程，以完成特定的操作或运动。机器人被国际标准组织(ISO)定义为:机器人的作用机制与人体的其他组织器官（身体、感觉等）的功能类似；机器人有着一定的智慧能力，如能够进行记忆、感知、学习等。
60年代初，第一台机器人Unimate被生产出来，首次被应用于汽车上，在世界上掀起很大的狂潮。机器人慢慢的进入到了人类的生产生活中。从机器人诞生之初到现在，机器人在各个领域履行自己的职责，为人类生产提供各种服务。进入21世纪，机器人技术得到了更加广泛的推广。服务型机器人、医疗机器人、工业型机器人，各种机器人被不断的研发出来，机器人对人类的生产生活越来越重要，并带给人类更大的便利。
自主移动机器人是一种具有较高智能的机器人，它可以自主的感知周围的环境而做出相应的动作规划，不需要人为的控制，对它的研究也是机器人研究领域其中一个非常重要的领域。自主移动机器人依赖于它身上的传感器，可以感知到自身周围的外界环境和自身状况，即便在它的行进路线中有障碍物，它也能够绕开它，并且能够自主的面向目标运动,从而进行工作。在理想情况下，自主移动机器人能够在没有人为控制，并且在外界环境不做任何改变的前提下，能够按照预先给定的任务指令，依据自身传感器感知到的地图信息，可以不断的引导机器人绕开障碍物，对行进路途进行自主选择，然后到达指定的目标地点，完成相应的动作。随着人类对大自然的好奇心越来越大，对不自然的探索也不断加深,出现了一些相对工作环境比较恶劣的情形。对于在上述特殊环境或者危险环境中作业的机器人，提出了新的挑战。在当今技术水平下,想要机器人能够自主地完成任务是有一定困难，所以以一种半自主的控制方式（在人的参与下）完成指定的工作任务就成为当下越来越热门的研究。
21世纪初，移动互联网技术得到了迅速发展，使机器人远程控制不再局限于传统的方式，许多基于网络的移动机器人远程控制系统研究得到很大的发展。相信在不久之后，移动机器人远程控制系统会得到更为广泛的应用。
1.3 全向移动机器人远程监控研究现状
自机器人研发之初以来，对机器人远程控制系统的研究越来越受到国内外的重视，国内外科技人员都花费大量的人力、财力去攻克它。由于西方国家在信息和计算机技术上有着一定的发展优势，使他们在这方面居于领先地位。
1.3.1 国外研究现状
2000年，瑞士联邦科技学院通过网络实现了移动机器人的控制，并且这个机器人还配备有摄像头，可以通过控制终端对机器人自身周围环境进行监控[2]。
2010年，一款可以替代人们参加会议的机器人被美国ANYBOTS公司研发出来，它就是AnybotsQB机器人[3]。这个移动机器人高约1.75米，重6千克。它可以进行无线网络连接，并具有一定的自主意识，判定事情的重要性，自主的做出决策。这个机器人依靠两个铝和橡胶做成的轮子移动，移动速度和人的行走速度一样，在移动过程中保持自己的平衡。移动速度能达到人的行走速度，在移动过程中能够保持自己的平衡。QB在眼睛中安装了一个500万像素的摄像机，而且在它头部也安装了一个摄像机，这样它就可以看见周围的环境。在机器人的头部安装有液晶显示器屏幕，能够把远程监控到的图像传输到控制者那里。这个屏幕同时还是能够通过无线网络（WiFi）连接到控制面板。如图11所示。
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图11 AnybotsQB机器人
2011年，丰田推出了一个新的助力机器人，这个机器人被称为“HSR”,也就是人类助力机器人[3]。机器人可以在家里帮忙拿东西，打开窗帘，捡起掉在地板上的东西。该机器人的身体能够自由伸缩，伸缩高度在2.7米至4.3米之间，臂长可达2.5英尺它能够从地面、桌子上和柜台上取下物体。该机器人的手臂由小功率的电机供电，移动速度缓慢，这样事故和伤害的发生率就会极大的降低。机器人的前额有一个立体摄像感应器，能够对外界环境进行感知，并能对出现在视野中的人和物体进行视觉识别。通过绘制在平板电脑上一个简单的图形界面就可以对这个机器人进行远程控制，对于那些长期卧床而不能行动的病人来说，就可以非常方便取房间中的物品。如图12所示。
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第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究背景与意义 1
1.3 全向移动机器人远程监控研究现状 2
1.3.1 国外研究现状 2
1.3.2 国内研究现状 4
1.4 本课题研究目的 5
1.5 本文研究内容 5
第二章 远程监控控制系统总体设计 6
2.1 全向移动机器人小车机械结构介绍 6
2.1.1底盘机械结构 7
2.1.2 机械手机械机构 9
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
2.2 控制系统结构体系设计 11
2.3 远程监控系统的工作原理 13
2.4 远程监控系统设计要求 13
2.4.1 系统功能要求 13
2.4.2 系统性能要求 13
2.4.3 主要技术指标 14
第三章 远程监控系统硬件设计 15
3.1 远程监控系统硬件设计要求 15
3.2 机器人小车端硬件设计 15
3.2.1 MCU的选型及接口电路设计 15
3.2.2 实时图像信息传输模块 20
3.2.3 电路原理图设计 21
3.3 远程控制手持终端 23
第四章 远程监控控制系统软件设计 24
4.1 软件总体架构设计 24
4.2 主程序设计 24
4.3 机器人小车控制子程序设计 25
4.5 系统测试要求 27
总结和展望 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 引言
随着人类对大自然的好奇心越来越大，对不自然的探索也不断加深,一些相对工作环境比较恶劣的情形就无法避免的出现了，并且人们有时根本无法去预测机器人的工作环境，到底处在什么样的复杂环境中，这时候机器人就需要在远离人类视线的地方进行作业，通过机器人上面的视觉系统，把机器人周围的环境通过视频的形式，传输到控制着那里，这样就能够控制机器人完成工作[1]。因此，对于如何准确，快速和灵活的远程控制机器人，自60年以来，机器人诞生之后，这项研究从未停止过。近几年来，安卓操作系统以其完整的开源、应用的公平性、快速运行等优点而得到迅速发展。它在移动智能终端操作系统的市场上有着较高的占有率。
1.2 研究背景与意义
机器人是一种机械装置，可以进行编程，以完成特定的操作或运动。机器人被国际标准组织(ISO)定义为:机器人的作用机制与人体的其他组织器官（身体、感觉等）的功能类似；机器人有着一定的智慧能力，如能够进行记忆、感知、学习等。
60年代初，第一台机器人Unimate被生产出来，首次被应用于汽车上，在世界上掀起很大的狂潮。机器人慢慢的进入到了人类的生产生活中。从机器人诞生之初到现在，机器人在各个领域履行自己的职责，为人类生产提供各种服务。进入21世纪，机器人技术得到了更加广泛的推广。服务型机器人、医疗机器人、工业型机器人，各种机器人被不断的研发出来，机器人对人类的生产生活越来越重要，并带给人类更大的便利。
自主移动机器人是一种具有较高智能的机器人，它可以自主的感知周围的环境而做出相应的动作规划，不需要人为的控制，对它的研究也是机器人研究领域其中一个非常重要的领域。自主移动机器人依赖于它身上的传感器，可以感知到自身周围的外界环境和自身状况，即便在它的行进路线中有障碍物，它也能够绕开它，并且能够自主的面向目标运动,从而进行工作。在理想情况下，自主移动机器人能够在没有人为控制，并且在外界环境不做任何改变的前提下，能够按照预先给定的任务指令，依据自身传感器感知到的地图信息，可以不断的引导机器人绕开障碍物，对行进路途进行自主选择，然后到达指定的目标地点，完成相应的动作。随着人类对大自然的好奇心越来越大，对不自然的探索也不断加深,出现了一些相对工作环境比较恶劣的情形。对于在上述特殊环境或者危险环境中作业的机器人，提出了新的挑战。在当今技术水平下,想要机器人能够自主地完成任务是有一定困难，所以以一种半自主的控制方式（在人的参与下）完成指定的工作任务就成为当下越来越热门的研究。
21世纪初，移动互联网技术得到了迅速发展，使机器人远程控制不再局限于传统的方式，许多基于网络的移动机器人远程控制系统研究得到很大的发展。相信在不久之后，移动机器人远程控制系统会得到更为广泛的应用。
1.3 全向移动机器人远程监控研究现状
自机器人研发之初以来，对机器人远程控制系统的研究越来越受到国内外的重视，国内外科技人员都花费大量的人力、财力去攻克它。由于西方国家在信息和计算机技术上有着一定的发展优势，使他们在这方面居于领先地位。
1.3.1 国外研究现状
2000年，瑞士联邦科技学院通过网络实现了移动机器人的控制，并且这个机器人还配备有摄像头，可以通过控制终端对机器人自身周围环境进行监控[2]。
2010年，一款可以替代人们参加会议的机器人被美国ANYBOTS公司研发出来，它就是AnybotsQB机器人[3]。这个移动机器人高约1.75米，重6千克。它可以进行无线网络连接，并具有一定的自主意识，判定事情的重要性，自主的做出决策。这个机器人依靠两个铝和橡胶做成的轮子移动，移动速度和人的行走速度一样，在移动过程中保持自己的平衡。移动速度能达到人的行走速度，在移动过程中能够保持自己的平衡。QB在眼睛中安装了一个500万像素的摄像机，而且在它头部也安装了一个摄像机，这样它就可以看见周围的环境。在机器人的头部安装有液晶显示器屏幕，能够把远程监控到的图像传输到控制者那里。这个屏幕同时还是能够通过无线网络（WiFi）连接到控制面板。如图11所示。
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图11 AnybotsQB机器人
2011年，丰田推出了一个新的助力机器人，这个机器人被称为“HSR”,也就是人类助力机器人[3]。机器人可以在家里帮忙拿东西，打开窗帘，捡起掉在地板上的东西。该机器人的身体能够自由伸缩，伸缩高度在2.7米至4.3米之间，臂长可达2.5英尺它能够从地面、桌子上和柜台上取下物体。该机器人的手臂由小功率的电机供电，移动速度缓慢，这样事故和伤害的发生率就会极大的降低。机器人的前额有一个立体摄像感应器，能够对外界环境进行感知，并能对出现在视野中的人和物体进行视觉识别。通过绘制在平板电脑上一个简单的图形界面就可以对这个机器人进行远程控制，对于那些长期卧床而不能行动的病人来说，就可以非常方便取房间中的物品。如图12所示。
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