基于WLAN的移动机器人嵌入式远程运动监控系统设计

摘要

随着机器人技术的发展，机器人远程控制技术不仅仅应用在军事等领域，它在日常生活中的应用也日益广泛，特别是在危险环境作业领域具有不可替代的作用,如核辐射环境监测，排爆，太空搜索等。近年来互联网技术飞速发展，其方便，廉价等特点使得网络技术与机器人技术结合成为一个新的研究热点，而嵌入式技术的发展成为两者结合的纽带。
　　论文从嵌入式平台的特点和移动机器人远程控制的功能要求出发，提出了基于嵌入式微处理器和 Linux操作系统的移动机器人远程控制的方案。在该方案中，摄像头将采集的图像数据传到微处理器上，经压缩处理后通过无线网络传送到上位机，上位机通过人机交互界面显示图像信息，操作人员根据视频画面判断机器人当前所处的环境并对机器人下达控制指令。研究了移动机器人底层设备在Linux系统中的驱动和移动机器人与远程PC间的网络通讯，通过无线局域网对机器人进行远程控制。搭建了模拟实验平台，对机器人与上位机之间的数据传输和机器人移动控制进行了实验，实验结果表明系统实现了要求的通信与控制功能。由于网络时延的存在对于移动机器人远程控制有着不利影响，文中首先采用BP神经网络预测出时延值，然后利用Smith补偿器弥补网络时延造成的控制误差。仿真实验验证了所采用的控制方法的有效性。
　　本文内容安排如下：首先阐述了本课题的研究背景和意义，对国内外的移动机器人监控技术的发展进行了概述。其次介绍了机器人遥控通信原理和控制技术，讨论了移动机器人硬件设计。然后，分析了交叉编译环境下的程序编写和移植，介绍了驱动与控制程序的设计，以及上位机监控界面设计。第四章介绍了系统实验过程，给出了实验效果。第五章讨论了基于BP神经网络的网络时延预测方法，在Simulink中搭建了采用Smith补偿的时延控制系统模型，进行了仿真实验。

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中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 移动机器人国内外研究历史及现状分析

1.3 课题主要研究内容

2远程监控技术与网络通讯原理介绍

2.1 移动机器人远程控制技术简介

2.2 远程监控系统的分类

2.3 无线网络通讯及应用协议

2.4 TCP/IP协议简介

2.5 Socket简介

3 移动机器人运动监控系统设计

3.1 系统硬件平台

3.2系统软件设计

4 基于WLAN的机器人运动监控系统实验

4.1 模拟实验平台搭建

4.2 视频图像传输实验

4.3 电机运动控制实验

4.4 实验结果分析

5 移动机器人遥控指令传输时延控制策略研究

5.1 移动机器人远程监控实时性需求分析

5.2 移动机器人基于WLAN远程监控的时延分析

5.3 常用网络时延预测模型

5.4 基于神经网络的时延预测算法研究

5.5 基于WLAN的移动机器人时延补偿控制仿真

6 总结与展望

参考文献

攻读学位期间主要研究成果

致谢

附录一