基于移动通信网络的湖面清洁机器人遥操作系统设计与实现

论文摘要

当前,污染水域的治理已经得到了社会各方面的大力关注,研究一种简单高效、安全平稳、经济环保的水面清洁机器人成为一大热点。针对中小型湖泊水域环境的治理,常州超媒体与感知技术研究所承担了“湖面清洁机器人”这一新课题。由于湖面清洁机器人活动范围广,采用普通无线通信很难满足要求。因此,本文设计了基于移动通讯网络的机器人遥操作系统,以满足远距离通信的要求,同时采用视觉反馈方式使得遥操作系统更加直观方便。本文的工作和研究成果主要有以下几个方面:(1)基于移动通讯网络的机器人遥操作系统设计。本文首先对通过移动通信网络实现数据传输和实时视频传输的技术可行性进行了论证,进而针对无线网卡的私有IP问题提出了由船上处理机、专用服务器、手机遥控端等模块组成的遥操作系统总体结构。通过专用服务器的中转,实现了手机遥控端对湖面清洁机器人的监视图像信息和状态信息的实时接收,从而发送命令信号控制机器人动作。(2)采用Socket连接实现了各子系统间的网络通信。对于通信访问、状态信息和命令信号等数据传输,采用基于TCP协议的Socket连接方式确保数据传输的准确性和可靠性;对于湖面清洁机器人远端视觉信息,采用在UDP基础上RTP/RTCP协议对视频数据进行了封装、打包,确保视频信号传输的高速性和实时性。(3)设计了短消息通信模块。通过基于串口的无线上网卡短消息收发技术,实现了湖面清洁机器人与手机遥控端的短信通信,解决了紧急情况下或网络不通时与机器人的通信问题。(4)开发了基于J2ME的手机遥控端程序。手机遥控拓展了操纵者与机器人交互的空间,同时基于J2ME的手机程序具有与平台无关性,通用性强,移植便利。(5)在实验室环境下搭建模拟平台,对系统进行了验证实验。实验结果表明,基于移动通讯网络的机器人遥操作系统设计合理,工作稳定,通用性好,实用性强,能够为遥控端提供实时的机器人远端视频信号并进行控制信号的传输,实现了系统预定的对机器人遥操作的要求。目前在机器人远端采用移动通信网络技术的研究正发展迅速,在视频监控领域对视频采集端的移动要求也越来越突出,本文研究的基于移动通讯网络的机器人遥操作技术具有很大的发展空间,在野外危险作业、移动视频监控等方面将有广泛应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 水面清洁船综述
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.2.3 国内外发展比较
• 1.2.4 发展趋势
• 1.3 遥操作机器人技术简介
• 1.3.1 基于网络的机器人遥操作系统发展状况
• 1.3.2 基于移动通信网络的机器人遥操作系统发展现状
• 1.4 移动通信系统概述
• 1.4.1 移动通信发展概述
• 1.4.2 第三代移动通信系统
• 1.5 论文的主要工作
• 1.6 论文组织
• 第二章 湖面清洁机器人遥操作系统总体结构设计
• 2.1 湖面清洁机器人总体方案介绍
• 2.1.1 湖面清洁机器人简介
• 2.1.2 湖面清洁遥控机器人系统构成
• 2.1.3 湖面清洁机器人系统中主要设备的结构设计
• 2.2 湖面清洁机器人遥操作系统总体方案设计
• 2.2.1 系统的可行性分析
• 2.2.2 系统总体硬件结构
• 2.2.3 系统软件结构设计
• 2.2.4 系统信号流程
• 2.2.5 系统各部分通信协议的制定
• 2.3 本章小结
• 第三章 船上处理机程序设计与实现
• 3.1 船上处理机程序总体结构
• 3.1.1 主要功能
• 3.1.2 程序框架
• 3.1.3 船上处理机程序各类设计
• 3.2 RAS 拨号上网
• 3.2.1 3G 无线上网卡选择
• 3.2.2 RAS 拨号程序设计
• 3.2.3 实验测试
• 3.3 短消息收发
• 3.3.1 SMS 的基本概念
• 3.3.2 PDU 编码规则
• 3.3.3 基于串口通信的短消息技术
• 3.3.4 实验测试
• 3.4 本章小结
• 第四章 专用服务器端程序设计与实现
• 4.1 网络通信相关技术
• 4.1.1 IP 协议
• 4.1.2 传输层协议——TCP 和UDP
• 4.1.3 网络实时视频传送协议
• 4.1.4 网络传输层协议选择
• 4.1.5 NAT 技术
• 4.2 Socket 编程原理
• 4.3 专用服务器程序设计
• 4.3.1 程序总体设计
• 4.3.2 程序框架
• 4.4 实验测试
• 4.4.1 模拟实验平台搭建
• 4.4.2 船上处理机和专用服务器程序连接测试
• 第五章 基于J2ME 的手机遥控端程序设计与实现
• 5.1 Java 和J2ME 基础知识
• 5.1.1 Java 运行时系统与Java 虚拟机
• 5.1.2 J2ME 简介
• 5.1.3 J2ME 平台体系结构
• 5.1.4 MIDlet 应用程序的生命周期
• 5.2 J2ME 程序开发相关技术
• 5.2.1 J2ME 开发环境的安装及配置
• 5.2.2 J2ME 中的Socket 通信
• 5.2.3 图像显示
• 5.2.4 J2ME 中的多线程技术
• 5.3 手机遥控端程序设计
• 5.3.1 遥控程序流程
• 5.3.2 遥控程序设计
• 5.4 实验测试
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果