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基于Android的小型移动机器人系统设计

作　者: 李瑞
导　师: 李晓明
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: Android 蓝牙机器人系统远程控制 C/S
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 7次
引　用: 0次
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内容摘要

移动机器人系统是涉及多学科的复杂机电系统，通常有多个子系统组成，如决策系统、运动控制系统和通信系统等，对个人开发而言开发难度较高。目前，大多机器人系统都是基于开发厂家自己独立、封闭的系统开发的，通常是采用专用的计算机、专用的编程语言及操作系统，费用往往及其昂贵；另一方面，目前机器人控制多是采用键盘、鼠标等控制设备，不够人性化。一种廉价的，友好的机器人系统的研发势在必行。理想的机器人系统应具有友好的人机界面、开放的体系结构和便携性，同时若能在直接控制基础上实现远程控制，无疑将大大提高其控制便利性，也拓宽了其应用范围。本研究的硬件采用了Arduino控制器和Android手机，两部分之间借助蓝牙通信，从而实现了快速搭建小型机器人平台的目的。该设计借鉴了MVC设计模式，采用面向对象的设计思想进行了模块化开发，设计语言使用了Arduino语言和Java语言；所设计的系统能够实现直接控制和基于视频传输的远程控制。本文的小型移动机器人系统设计是在分析了系统需求后基于软件建模完成的。首先，将系统划分为GUI模块、存储模块、服务器模块等。然后以参与者为中心，设计了用例图，并为每个用例设计了交互图。对有明确状态转换的对象给出了其状态图；最后对整个系统活动进行建模。其次，针对所建立的软件模型，对系统进行了详细的软件开发，包括GUI部分、存储部分和通信部分等，并对下位机进行了电机驱动程序的编写。最后，对完成的系统进行了现场测试和远程测试。前者主要是测试蓝牙可以控制的范围，后者主要测服务能否将命令转发给下位机和视频性能部分。结果表明，直接控制时，手机和下位机之间的距离在10米左右；远程控制时，服务器能否完成指令转发，视频帧率在3fps~10fps之间，延时在30ms左右。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 研究意义  12-13
  1.3 国内外发展及研究现状  13-16
    1.3.1 国外机器人的发展历程  13-14
    1.3.2 我国机器人的发展历程  14
    1.3.3 移动机器人控制软件体系结构概述  14-16
  1.4 论文的研究内容  16-17
第二章 Android 应用层开发技术解析  17-28
  2.1 Android 进程和线程  17-21
    2.1.1 进程生命周期  17-19
      2.1.1.1 Foreground process  17-18
      2.1.1.2 Visible process  18
      2.1.1.3 Service process  18
      2.1.1.4 Background process  18-19
      2.1.1.5 Empty process  19
    2.1.2 Android 线程  19-21
      2.1.2.1 Android 单线程模型  19
      2.1.2.2 UI 更新机制  19-21
  2.2 本系统中 Android 组件  21-26
    2.2.1 Activity  21-24
      2.2.1.1 Activity 生命周期  22
      2.2.1.2 Activity 启动方式  22-24
    2.2.2 Service  24-25
    2.2.3 BroadcastReceiver  25-26
  2.3 本章小结  26-28
第三章系统分析及软件建模  28-41
  3.1 面向对象设计准则  28
  3.2 本系统需求分析  28-31
    3.2.1 系统功能需求  28-29
    3.2.2 系统用例分析  29-31
  3.3 系统的交互图  31-35
    3.3.1 命令配置时序图  31-32
    3.3.2 控制下位机时序图  32-34
    3.3.3 远程控制时序图  34-35
  3.4 系统状态图  35-37
  3.5 系统活动图  37-38
  3.6 系统类图  38-40
  3.7 本章小结  40-41
第四章系统设计  41-63
  4.1 设计模式  41-43
    4.1.1 监听器模式  41-42
    4.1.2 MVC 设计模式  42-43
  4.2 系统 GUI 模块  43-48
    4.2.1 主控界面模块  43-45
    4.2.2 设备发现模块  45-47
    4.2.3 命令配置模块  47-48
  4.3 存储模块  48-49
  4.4 服务器模块  49-55
    4.4.1 命令收发和后台服务  49-51
    4.4.2 视频传输  51-53
    4.4.3 客户端视频接收  53-55
  4.5 系统通信  55-62
    4.5.1 上位机下位机通信协议  55-57
    4.5.2 Android 蓝牙通信  57-59
    4.5.3 远程控制时通信体系模式  59-62
      4.5.3.1 网络协议的选择  59-60
      4.5.3.2 C/S 模式  60-61
      4.5.3.3 网络数据收发过程  61-62
  4.6 本章总结  62-63
第五章系统测试  63-71
  5.1 系统开发环境  63-66
    5.1.1 上位机开发环境  63-65
    5.1.2 下位机开发环境  65-66
  5.2 现场控制测试  66-68
  5.3 远程控制测试  68-70
  5.4 实验总结  70-71
第六章总结与展望  71-73
  6.1 研究工作总结  71-72
  6.2 工作展望  72-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间的研究成果  77

基于Android的小型移动机器人系统设计

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