基于Android的机器人小车远程惯性定位控制系统

摘要

在移动机器人控制系统中，一般采用PC机作为控制终端。PC机作为控制终端的主要缺点是便携性差，在一些特殊应用场合，例如矿难现场或者发生火灾的建筑物，需要操作员到达现场后能立即远程控制移动机器人，这就要求远程控制终端必须具有良好的便携性。另外，在室内运行时，移动机器人可能会离开操作员的视野范围，因此要求控制终端能显示机器人所处位置并能观察到其周围环境。
　　本文所研究的远程控制系统很好地解决了上述问题。系统以带惯性定位的四轮全向移动机器人小车为被控对象，Android手持终端（平板电脑或手机）为控制终端，被控对象和Android控制终端之间通过无线局域网进行通信。操作员可以通过Android手持终端上的电子地图和实时图像获得机器人小车所处的位置和周围环境，从而可以更加准确地控制机器人小车。本文的主要研发内容如下:
　　1.机器人小车远程惯性定位控制系统的总体设计
　　首先简单介绍了课题的研究背景，接着阐述远程控制系统的工作原理，然后介绍远程控制系统的功能要求和性能要求，最后介绍远程控制系统的体系结构。
　　2.机器人小车远程惯性定位控制系统的硬件设计
　　主要介绍了惯性定位机器人小车远程控制控制系统硬件部分，包括机器人小车端的硬件设计和Android终端的硬件配置。在机器人小车端，对主要器件进行了选型，并设计其外围接口电路，包括MCU，惯性传感器，图像传感器和通信模块。选定了STM32F407为MCU，确定了系统的无线传输方案为无线局域网，选择了嵌入式Wi-Fi模块为通信模块。Android手持终端则采用台电P78S平板电脑。经过测试，该硬件方案可以达到预期效果。
　　3.机器人小车远程惯性定位控制系统的软件设计
　　设计了系统无线数据传输的通信协议数据帧格式，并对机器人小车端和控制终端的软件实现分别做了详细介绍，包括流程图和实现方法。机器人小车端的软件主要包括了定位信息发送子程序和实时图像传输子程序;Android控制终端的软件主要包括实时图像接收和显示子程序、定位信息显示（电子地图）子程序和控制界面子程序。
　　4.机器人小车远程惯性定位控制系统的测试
　　首先对无线网络传输的实时性进行试验，得到无线网络传输的实时性较好的结论，然后在实验室里远程控制机器人小车，使其根据指令做出运动，同时从控制终端的地图上实时观察到小车在所处的位置，从视频模块实时看到机器人所处的周围环境。实验证明，本远程控制系统能达到预期要求。
　　本文设计的基于Android平台的机器人小车惯性定位远程控制系统基本实现了机器人小车的惯性定位和远程控制，用户可以通过基于Android平台的界面方便地观察机器人小车的位置情况和周围的环境，根据实际情况点击界面上的控制按键远程控制机器人小车的运动。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题的研究背景及意义

1．3 国内外相关的研究现状及分析

1．4 本文主要的研发内容和章节安排

1．4．1 本文主要的研究内容

1．4．2 章节安排

第二章 机器人小车远程惯性定位控制系统的总体设计

2．1 引言

2．2 惯性定位机器人小车简介

2．3 远程控制系统的工作原理

2．4 远程控制系统的设计要求

2．4．1 系统功能要求

2．4．2 系统性能要求

2．5 远程控制系统的体系结构设计

2．6 小结

第三章 机器人小车远程惯性定位控制系统的硬件设计

3．1 引言

3．2 远程控制系统的硬件设计要求

3．3 机器人小车端硬件设计

3．3．1 机器人小车简介

3．3．2 MCU的选型及接口电路设计

3．3．3 定位传感器的选型与电路设计

3．3．4 无线网络通讯分析与设计

3．3．5 实时图像信息传输模块

3．5 远程控制手持终端

3．6 硬件测试

3．7 小结

第四章 机器人小车远程惯性定位控制系统的软件设计

4．1 引言

4．2 系统通讯机制

4．2．1 TCP／IP协议和Socket编程简介

4．2．2 系统通讯机制

4．2．3 通讯数据帧设计

4．3 软件总体架构

4．4 远程控制Android终端的应用软件设计

4．4．1 Android平台及其开发环境

4．4．2 主程序设计

4．4．3 实时图像接收和显示子程序设计

4．4．4 定位信息显示子程序设计

4．4．5 方向控制子程序设计

4．5 机器人小车端软件设计

4．5．1 机器人小车控制子设计

4．5．2 定位信息发送子程序设计

4．5．3 图像采集驱动子程序设计

4．6 小结

第五章 机器人小车远程惯性定位控制系统的测试

5．1 引言

5．2 网络传输实时性测试

5．3 远程控制系统测试

5．4 小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

声明

致谢