Leader 1-DX服务机器人移动平台上位机软件系统研究与设计

摘要

服务机器人大多通过一定的自主移动机构实现其自主或半自主地运动。因此，自主移动平台技术是开发服务机器人的基础。设计并开发出满足要求的移动平台是开发设计服务机器人的首要前提。
　　 本论文针对采用轮式机械结构应用于室内服务机器人的自主移动平台上位机软件系统进行研究和设计。在明确了自主移动平台所要完成功能的前提下，对其上位机软件系统进行了需求分析，设计了系统的整体实现方案。本论文设计的自主移动平台上位机系统工作于典型的客户端一服务器模式：本体上位机子系统作为服务器端，负责与本体下位机的通讯并对其所完成的任务进行管理和控制；处于无线局域网WLAN中的PC机作为客户端。服务器端与客户端通过无线局域网进行通信。
　　 首先，根据移动平台上位机软件系统总体设计方案，确定了本体上位机子系统采用基于行为的控制方式，并依据行为控制方式的工作原理设计了本体上位机子系统软件的层次结构。本体上位机子系统软件可以划分为四个层次，依次为：硬件通讯层；指令协议解析层；行为层；行为决策层。同时，针对自主移动平台的工作方式，设计了一套通信协议，既满足了系统对实时性的要求，又能够方便用户扩展。
　　 其次，采用TCP/IP网络通讯协议实现了远程客户端机器人控制命令的网络下传和本体相关数据的网络上传；采用UDP/IP网络通讯协议和DirectShow视频开发工具等技术实现了机器人本体摄像机所捕获的实时视频图像的网络上传，达到了对机器人移动平台运行时周围环境的实时视频监控。
　　 最后，设计了简洁、良好的人机交互界面。大量实验及应用表明，本论文中设计的服务机器人自主移动平台上位机软件系统具有结构合理，性能稳定，安全可靠，使用方便，可扩展性、开放性强等特点，能够较好地满足大多数智能服务机器人移动平台对上位机系统软件的要求，具有较大的应用推广价值。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第一章 绪论

1.1 课题的来源及意义

1.2 服务机器人发展现状及趋势

1.3 自主移动平台发展现状及趋势

1.4 移动机器人控制软件发展及趋势

1.5 研究内容及主要工作

1.6 论文的章节安排

第二章 系统总体设计

2.1 移动平台硬件架构简介

2.2 上位机软件系统需求分析

2.2.1 系统功能要求

2.2.2 系统性能要求

2.3 软件系统总体设计

2.3.1 软件系统总体结构

2.3.2 软件系统组成

2.4 软件系统编程环境及编程语言

2.5 本章小结

第三章 机器人本体上位机子系统软件设计

3.1 软件体系结构

3.2 移动平台本体上下位机间通信协议

3.2.1 数据类型分析

3.2.2 本体上位机控制命令的下传

3.2.3 本体下位机数据的上传

3.3 软件层次详细设计

3.3.1 硬件通讯层

3.3.2 指令协议解析层

3.3.3 行为层

3.3.4 行为决策层

3.4 本章小结

第四章 基于WLAN的远程客户端程序设计

4.1 无线网络中传输层通信协议分析与比较

4.2 基于套接字和多线程的网络数据通信

4.2.1 SOCKET网络编程基础

4.2.2 网络通讯协议的制定

4.2.3 网络数据接收功能的实现

4.2.4 网络数据发送功能的实现

4.3 视频监控相关技术

4.3.1 COM技术基础

4.3.2 DirectShow视频处理

4.3.3 DivX视频编解码

4.3.4 1P组播技术

4.4 远程视频监控的实现

4.4.1 视频预览及捕获

4.4.2 网络视频发送

4.4.3 网络视频接收显示及存储

4.4.4 历史视频回放

4.4.5 单帧图像捕获及保存

4.5 本章小结

第五章 人机交互界面设计

5.1 登入窗口

5.2 本体上位机菜单模块

5.3 本体初始化配置子窗口

5.4 本体上位机子系统主窗口

5.5 机器人参数调试子窗口

5.6 电机调试子窗口

5.7 陀螺仪导航子窗口

5.8 客户端程序窗口

5.9 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参与项目及科技成果

学位论文评阅及答辩情况表