医院巡视机器人智能空间异构网络设计及应用

论文摘要

随着社会发展和科技进步的需要,服务机器人的应用研究日益受到人们的重视。受机器人环境感知、导航定位等技术的局限,服务机器人至今无法实用化。智能空间技术集信息化、智能化、理解和决策控制为一体,为机器人的任务理解和执行以及与人交互提供了一个良好的生态空间。所以,将服务机器人技术与智能空间技术相结合是解决这一问题的重要手段。本文课题来源于国家“863”计划项目“面向住院病人巡护的智能空间技术及机器人巡视系统”,该项目以医院住院病区巡护为背景,建立基于智能空间技术的机器人住院病区巡护系统。通信网络作为智能空间的重要组成部分,承担着医院智能空间中多种异构数据信息的传输任务,需要通过不同种类的网络技术来实现。论文采用无线网络技术构建面向医院巡视机器人的智能空间异构网络。论文围绕医院智能空间异构网络的构建开展了如下研究工作：论文首先确定了医院通信网络的具体需求,提出了一种医院智能空间异构网络模型,该模型使用IEEE802.11n技术、ZigBee技术和GPRS/GSM网络技术来构建智能空间异构网络,并在此基础上介绍了这三种网络在医院智能空间中所起的具体作用。论文提出了异构网络构建的基本原则,并依据该原则对各类网络所需要的设备进行选型或制作,然后较为详尽地介绍了各类网络的具体布置和设置,最后对异构网络进行必要的测试。测试结果表明,论文所建立的异构网络可以无缝覆盖整个实验区域,可以满足项目功能要求和性能要求。论文以护士站所在PC作为服务器,以实验室自主研发的服务机器人移动平台为客户端,研究了基于异构网络的控制指令收发、传感器数据采集、反馈命令传输、图像数据传输、人工控制等技术。其中,重点对视频图像的传输做了详细地介绍,该部分使用先进的H.264视频编解码技术和RTP/RTCP实时传输协议,使得传输图像的压缩比高达100：1,传输速率为25帧/s,完全可以满足监控端对视频图像实时性和连续性的要求。论文对相关功能软件模块进行代码编写和软件集成,实现了基于C/S架构的医院巡护机器人智能空间监控软件系统。然后对整个监控软件系统进行了延时测试,并重点介绍了采用并行方式传输视频图像的优点。测试表明,控制命令、状态反馈等小数据量信息的传输几乎没有延时,监控端显示的视频图像清晰流畅,延时控制在0.4s之内。大量的实验表明所搭建的医院智能空间异构网络及其软件系统完全可以满足项目的指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.3.1 医院环境下异构网络的搭建
• 1.3.2 基于异构网络的通信传输软件设计
• 1.3.3 巡护机器人在医院环境下的具体应用
• 1.4 本文的章节安排
• 第二章 构建WLAN为主干的医院智能空间异构网络
• 2.1 医院智能空间的硬件系统组成
• 2.2 无线网络标准的选择及介绍
• 2.2.1 IEEE 802.11系列标准的选择
• 2.2.2 短距离无线通信协议的选择
• 2.2.3 GPRS/GSM网络
• 2.3 医院智能空间中异构通信网络模型的建立
• 2.4 本章小结
• 第三章 医院智能空间异构网络的具体实施
• 3.1 异构网络的构建原则
• 3.2 构建异构网络所需设备的选型
• 3.2.1 IEEE 802.11n设备的选择
• 3.2.2 CC2430 ZigBee模块
• 3.2.3 H7210 GPRS DTU模块
• 3.3 方案实施及测试
• 3.3.1 WLAN的具体实施
• 3.3.2 ZigBee无线传感器网络的实施
• 3.3.3 GPRS DTU的设置
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于医院智能空间异构网络的数据通信
• 4.1 基于WLAN的视频传输
• 4.1.1 视频传输系统的整体构架
• 4.1.2 H.264编解码技术
• 4.1.3 RTP/RTCP实时传输协议
• 4.1.4 H.264网络视频传输程序的实现
• 4.2 ZigBee网络的程序设计
• 4.2.1 协调器节点软件设计
• 4.2.2 终端节点软件设计
• 4.3 GSM短信程序的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于异构网络的医院智能空间监控平台
• 5.1 医院智能空间监控平台的建立
• 5.1.1 智能空间监控平台系统的整体框架
• 5.1.2 监控平台系统的网络通信协议制定
• 5.1.3 监控平台系统人机交互界面
• 5.2 监控平台时延测试及解决方案
• 5.3 巡视机器人实验案例分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要研究结果
• 6.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文和科研成果
• 硕士期间参加的科研工作
• 学位论文评阅及答辩情况表