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基于嵌入式的移动机器人无线远程控制

作　者: 伍延禄
导　师: 田景文
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 嵌入式系统远程控制移动机器人改进Elman网络客户端服务器端
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前,基于无线网络的移动机器人远程控制技术日益受到了人们的重视,具有良好的发展前景与应用空间。但是,传统的远程控制系统客户端一般都是基于PC机应用的,而随着嵌入式技术的快速发展使得实现高便携性、低廉性以及高可靠性的系统成为了可能。此外,由于目前无线网络的可用带宽是有限的,而机器人所采集到的状态数据量(尤其是视频数据)是非常大的,因此,严重影响了远程控制系统的通信性能,有时甚至会造成整个控制系统的崩溃。为此,本文主要在以下几方面进行了相关研究并予以实现。1)构建了以S3C2410为处理器的嵌入式开发平台作为远程控制系统的客户端,硬件部分扩展了Flash、SDRAM,触摸屏,USB无线网卡等外围功能器件,软件部分采用嵌入式Linux作为操作系统,移植了引导程序、裁剪后的Linux系统、文件系统和无线网卡驱动程序等；2)针对目前无线网络传输带宽窄与传输数据量大的矛盾,提出了改进的RTP自适应拥塞控制方法,以及采用改进的Elman网络去预测网络带宽利用率,并根据预测结果调节视频数据流的发送速率；3)以旅行家TMⅡA机器人为被控对象,然后按照远程控制系统的要求,基于Socket编程技术,开发出了具有界面友好性的客户端与服务器端。通过仿真与实验结果表明,本文提出的方法减小了系统通信过程中数据丢包与延迟的问题,提高了移动机器人远程通信系统的鲁棒性、稳定性与实时性,实现了操作人员对机器人的实时控制,并达到了预期的效果。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-20
  1.1 研究目的与意义  14-15
  1.2 国内外移动机器人远程控制的研究现状  15-16
  1.3 机器人远程通信的研究现状  16-17
  1.4 嵌入式系统发展现状  17-19
  1.5 课题来源与主要研究内容  19-20
第二章嵌入式系统开发平台的构建  20-36
  2.1 嵌入式系统开发流程  20-21
  2.2 开发环境的建立与开发平台的选择  21-26
    2.2.1 开发环境的建立  21-22
    2.2.2 嵌入式处理器的选择  22-23
    2.2.3 嵌入式操作系统的选择  23
    2.2.4 bootloader的选择  23-24
    2.2.5 图形用户界面GUI的选择  24-25
    2.2.6 嵌入式开发平台的介绍  25-26
  2.3 u-boot的移植  26-28
  2.4 linux内核的移植  28-31
  2.5 制作根文件系统  31-33
  2.6 无线网卡驱动程序的移植  33-36
第三章基于嵌入式的移动机器人无线远程控制系统的设计  36-48
  3.1 移动机器人无线远程控制系统的基本模型  36
  3.2 无线网络技术的研究与选用  36-37
  3.3 通信协议的研究与选用  37-41
  3.4 视频编码标准的研究与选用  41-42
    3.4.1 H26X系列编码研究  41
    3.4.2 MPEG-4编码的研究与选用  41-42
  3.5 远程控制通信结构的的研究与选用  42-44
  3.6 Socket编程技术研究  44-46
    3.6.1 面向连接的套接字编程  44-45
    3.6.2 无连接的套接字编程  45-46
  3.7 远程控制系统总体结构设计  46-48
第四章提高移动机器人无线远程控制的通信质量  48-64
  4.1 移动机器人无线远程控制通信过程中面临的问题  48
  4.2 基于改进的自适应的拥塞控制方法的研究  48-54
    4.2.1 基于网络的控制  48-49
    4.2.2 基于终端的控制  49
    4.2.3 改进的自适应拥塞控制方法  49-52
    4.2.4 改进的自适应拥塞控制方法的实现  52-54
    4.2.5 改进的RTP算法性能测试  54
  4.3 基于改进的Elman动态网络预测网络带宽利用率的研究  54-64
    4.3.1 改进的Elman网络预测网络带宽利用率的背景  54-55
    4.3.2 改进的Elman动态神经网络的研究  55-57
    4.3.3 改进的Elman神经网络带宽估计器的设计  57-58
    4.3.4 改进的Elman网络估计器算法的实现与仿真  58-62
    4.3.5 改进的Elman网络估计器性能测试  62-64
第五章基于嵌入式的移动机器人无线远程控制系统的实现  64-78
  5.1 机器人远程控制系统数据传输通信模型的总体设计  64-66
    5.1.1 系统通信模型的总体设计  64
    5.1.2 服务器端的软件模型设计  64-65
    5.1.3 客户端的软件模型设计  65-66
  5.2 基于嵌入式的移动机器人无线远程控制系统的软件架构  66-70
  5.3 服务器端的软件实现  70-73
  5.4 客户端的软件实现  73-78
    5.4.1 Qt/E开发环境的建立与应用  73-74
    5.4.3 客户端的软件实现  74-78
第六章结论与展望  78-80
  6.1 结论  78
  6.2 展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-86
研究成果及发表的学术论文  86-88
作者和导师简介  88-89
附件  89-90

基于嵌入式的移动机器人无线远程控制

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