喷雾机器人无线远程监控系统的研究

论文摘要

喷雾机器人代替人工实现田间喷雾作业具有改善劳动者工作环境，避免操作者中毒、提高工作效率等优点，然而由于喷雾机器人田间作业环境的复杂性，在现有技术条件下，喷雾机器人还不能自主完成所有任务，因此需要与人类智能相结合。本文结合喷雾机器人作业环境的特点，建立了喷雾机器人无线远程监控的实验系统。该系统采用监督控制方式，选用UDP协议作为远程控制系统的数据传输协议，采用基于客户端／服务器构架的软件设计方法，开发出喷雾机器人的远程监控的软件平台。该软件平台通过状态反馈和视觉反馈来帮助客户端的操作者了解机器人的工作情况。为了实现状态反馈，文中研究了传感器信息采集的方法，完成各传感器精度标定，分析了影响传感器测量精度的因素，并实现了数据的无线传输；为了实现视觉反馈，文中研究了视频的“采集-压缩-发送-接收-解码-播放”等过程的关键技术，用实验对比了当前较流行的两种压缩编码技术，选择适合本系统的MJPEG压缩编码方式。另外以方便操作者使用为原则设计了远程控制的命令。软件平台最终实现了通过无线网络实时传输各类数据和控制命令，客户端再现了机器人的工作环境和状态。文章最后对喷雾机器人远程监控系统中存在的主要问题进行了探讨，用实验测出无线远程控制系统中网络利用率、数据包的准确分布以及延迟的长短等主要指标，分析了数据包分布及延迟的影响因素。在此基础上进行了喷雾机器人运动轨迹测试，实验结果表明：整个远程控制系统在满负荷工作时，网络工作状态正常，为了保证系统良好的操控性，机器人所处区域信号强度必须大于30％，操作者根据反馈信息判断机器人是否偏离预定路径，并在偏离时给予有效的纠正，为解决喷雾机器人重喷、漏喷的问题提供了一种方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 远程监控技术的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 远程监控技术的发展趋势
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 喷雾机器人远程监控系统的建立
• 2.1 喷雾机器人的构成
• 2.2 喷雾机器人远程监控系统的硬件组成
• 2.2.1 通信网络
• 2.2.2 服务器—喷雾机器人
• 2.2.3 客户端
• 2.2.4 喷雾机器人远程监控系统的功能结构
• 2.3 喷雾机器人远程监控性能的影响因素
• 2.3.1 实时性
• 2.3.2 透明性
• 2.3.3 其他因素
• 2.4 喷雾机器人远程监控系统的控制方式
• 2.5 网络数据传输协议的选择
• 2.6 基于客户端/服务器（C/S）的构架的程序设计
• 2.7 本章小结
• 第三章 数据采集和传输系统的设计
• 3.1 传感器的标定和数据采集
• 3.1.1 障碍检测传感器
• 3.1.2 定位传感器
• 3.1.3 光电编码器
• 3.2 数据传输系统的设计
• 3.2.1 服务器与客户端连接的具体实现
• 3.2.2 数据的传输
• 3.2.3 软件界面设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 视频传输系统的设计
• 4.1 远程视频监控的实现方法
• 4.2 视频的捕获
• 4.3 压缩器的选择
• 4.3.1 MJPEG压缩方式
• 4.3.2 MPEG压缩方式
• 4.3.3 实验对比
• 4.4 视频的压缩和解压缩
• 4.4.1 视频帧的组成
• 4.4.2 视频帧的发送与接收
• 4.4.3 程序实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 远程监控系统性能指标测试及综合评价
• 5.1 网络利用率的实验测试
• 5.2 数据包分布实验测试与分析
• 5.3 延迟的实验测试
• 5.4 关于不会出现乱序情况的说明
• 5.5 机器人运动控制的综合评价
• 5.5.1 自动控制方式的设计
• 5.5.2 喷雾机器人运动轨迹测试
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文