基于ANDROID平台的手势控制机器人示教系统的研究及实现

摘要

工业机器人控制系统是由示教系统、控制主机和机器人本体组成的。随着工业机器人广泛的应用到生产制造中，对工业机器人示教系统的性能要求越来越高。目前工业机器人大部分都是示教再现型机器人，需要使用示教系统实现机器人示教再现的功能。
　　本课题主要是针对当前的机器人示教系统维护成本高、便携性差和操作复杂等问题，研究并实现了一款基于Android平台的手势控制机器人的示教系统。通过分析当前国内外机器人示教系统的发展现状和功能需求，提出了基于Android平台的手势控制机器人的总体设计方案，并且对示教系统的关键模块进行了设计。本课题对Android手势操作机器人示教的方案做了大量的研究，使用不同的手势对机器人进行操控。并对手势控制进行了研究，发现在手势操控机器人的过程中出现抖动的问题。为了解决抖动的问题，本课题结合示教系统的实际情况改进了限幅滤波算法，对手势控制模块的数据进行优化处理，并对该算法进行了验证，验证结果表明该算法可以大大减少了机器人手势操控过程中出现抖动的问题。
　　在系统设计的过程中，根据各模块的功能不同，把这些模块规划为主界面、手势控制界面和程序编辑界面。其中对程序编辑界面做了重点的设计研究，分析了当前常见的示教系统的编程功能的特点，并且本课题结合了示教系统操控机器人的实际情况研发了选择输入式编程，这种方式相比传统的编程方式，具有操作简单方便和不需要操作者具有很强编程功底就可以完成程序编写的优点，并且选择输入式编程可以显著的减少程序编写中出现语法错误的问题。示教系统的通信模块根据传输的数据类型不同，同时采用UDP和TCP两种协议，通过Socket套接字实现跨平台的网络通信。
　　本示教系统不仅成功在测试平台上完成了测试，并且在北京易拓智谱科技有限公司和宁波智能制造产业研究院的机器人上得到了应用，获得企业的认可，验证了本课题设计的示教系统的可行性及具有广阔的发展前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．3 本课题主要研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 机器人示教系统总体方案设计

2．1 Android开发平台及相关技术

2．1．1 Android操作系统的确定

2．1．2 Android平台体系架构

2．1．3 Android应用基本组件

2．1．4 Android开发环境的搭建

2．2 总体方案设计

2．2．1 机器人控制系统

2．2．2 示教系统设计及模块划分

2．2．3 示教系统关键模块设计

2．3 本章小结

第三章 手势控制算法的研究

3．1 Android手势控制简介

3．1．1 Android手势功能介绍

3．1．2 Android手势在示教系统中的应用

3．2 手势控制滤波算法

3．2．1 改进的限幅滤波算法

3．2．2 算法验证

3．3 本章小结

第四章 示教系统界面开发及各功能模块实现

4．1 Android平台的示教系统界面总体结构

4．1．1 示教系统的基本架构

4．1．2 基于Android平台的示教系统的布局和结构设计

4．2 示教系统主界面的设计及实现

4．3 示教系统手势控制界面的设计及实现

4．3．1 手势控制实现方式

4．3．2 手势控制界面功能说明

4．3．3 手势控制界面设计

4．4 示教系统程序编辑界面的设计及实现

4．4．1 示教再现功能的实现

4．4．2 程序编辑功能设计

4．4．3 程序编辑指令的类型及实现

4．4．4 行编辑功能的实现

4．4．5 程序编辑界面的实现

4．5 本章小结

第五章 基于UDP和TCP协议的控制主机与示教系统通信

5．1 通信模块的设计

5．1．1 TCP和UDP协议的通信方式简介

5．1．2 示教系统通信模块的设计

5．1．3 通信数据结构设计

5．2 通信模块功能实现

5．2．1 基于UDP协议通信模块功能的实现

5．2．2 基于TCP协议通信模块功能的实现

5．2．3 心跳检测功能的实现

5．3 通信模块测试

5．3．1 通信功能测试方法

5．3．2 通信模块测试平台的搭建及测试

5．4 本章小结

第六章 系统整体测试及分析

6．1 示教系统测试平台的搭建

6．2 示教系统功能测试及结果分析

6．2．1 网络通信数据测试分析

6．2．2 手势控制测试分析

6．2．3 程序编程测试分析

6．2．4 改进的限幅滤波算法测试分析

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢