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基于网络的家庭安保机器人远程控制系统的分析与实现

作　者: 徐凯
导　师: 薛向阳
学　校: 复旦大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 机器人 安防系统 远程控制 视频传输 路径规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着网络技术的飞速发展,家庭安防系统采用网络技术实现远程监控、远程报警。然后如何能够使用较少成本实现多变家庭环境下的实时状态监控却是一个严峻的挑战。我们将具有自主行走机器人引入家庭安防系统,通过视觉反馈获取机器人当前位置,并发出指令控制机器人移动,而机器人则定时将周围信息发送给使用者。以此实现用户对家庭环境的远程监控。机器人控制技术是远程机器人研究热点之一。本文针对该子课题进行了一系列量的研究开发工作。本文首先针对机器人控制系统设计中的一些关键技术进行阐述。然后分别实现了基于C/S模式、基于B/S模式的方案。基于C/S模式的方案需要自行设计消息通讯机制,使用不同的协议分别传输图像数据、消息命令；而B/S模式下,由于采用了中间件技术,实现了服务器端、客户端的松耦合,可移植性和扩展性大大提高。对两者之间的优点及缺点进行比较后,我们发现基于B/S模式的方案具有更好的可移植性和用户友好性。我们针对B/S模式方案进行改进,创新地引入视频服务器,实现了网络实时视频流传输,进一步提高了用户体验。但是实验也表明,基于现有的视频编码标准,单纯采用软件编码器,不能够完全满足项目的实时要求。下一步的工作则是对机器人进行硬件升级,使用硬件编码技术,提高实时性能。除了手动控制外,机器人自主巡逻也是安保机器人的重要功能,我们针对路径规划,开展了一系列的实验。由于硬件条件的限制,使用家庭安防机器人采集全局地理信息难以实现。我们使用了局部路径规划算法,初步使用人工势场方法实现避障算法。实验表明,人工势场算法存在局部最优解的问题,机器人在实际场景下可能出现死锁情况。后期,我们考虑将支持向量机算法引入,使用机器学习方法训练机器人,得到点与点之间的规划路径。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 家庭安防系统  8
  1.2 家庭安保机器人  8-9
  1.3 机器人发展概况  9-11
    1.3.1 机器人技术的发展历史  9
    1.3.2 基于网络的遥操作机器人  9-10
    1.3.3 安防机器人发展概况  10-11
  1.4 机器人路径规划概述  11-13
    1.4.1 路径规划算法概述  11-12
    1.4.2 全局路径规划算法  12
    1.4.3 局部路径规划算法  12-13
  1.5 论文研究背景及意义  13-14
  1.6 论文组织结构  14-16
第二章 遥操作机器人远程控制研究  16-28
  2.1 远程控制系统关键技术  16-24
    2.1.1 控制策略  16-17
    2.1.2 视觉反馈  17-18
    2.1.3 C/S模式与B/S模式  18-20
    2.1.4 网络传输方法  20-24
  2.2 远程控制常见问题  24-27
    2.2.1 大的不确定性时延问题  24-25
    2.2.2 数据包丢失问题  25-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 基于C/S模式的控制系统  28-36
  3.1 方案描述  28-32
    3.1.1 图像传输系统API  29
    3.1.2 多线程结构  29-32
  3.2 关键技术讨论  32-34
    3.2.1 视频采集方法  32
    3.2.2 图片传输方法  32-34
    3.2.3 控制命令传输  34
  3.3 本章小结  34-36
第四章 基于B/S模式的控制系统  36-41
  4.1 方案描述  36-39
    4.1.1 图像传输API  36-39
    4.1.2 CGI技术实现远程控制  39
  4.2 关键技术讨论  39-40
    4.2.1 图像服务器  39
    4.2.2 CGI性能讨论  39-40
  4.3 本章小结  40-41
第五章 一种基于视频流编码的系统实现  41-47
  5.1 方案描述  41-43
  5.2 关键技术讨论  43-46
    5.2.1 HTML5与视频标签  43-45
    5.2.2 视频服务器  45-46
  5.3 本章小结  46-47
第六章 路径规划  47-52
  6.1 局部信息与全局信息  47
  6.2 避障算法  47-49
  6.3 基于学习的局部路径规划  49-50
  6.4 本章小结  50-52
第七章 总结与展望  52-54
参考文献  54-58
附录 硕士期间发表的论文  58-59
致谢  59-60

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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