远程可视化遥控侦察定位机器人系统设计 - 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

远程可视化遥控侦察定位机器人系统设计 刘博。杨斌 ( 西南交通大学信息科学与技术学院，成都6 1 0 0 3 1 ) 摘要：远程可视化遥控侦察定位机器人系统共由两部分构成。第一部分为机器人，与P C 远程控制终端建立网络连接， 获取控制命令，解析命令后控制机器人的运动电机、转向舵机和立体视频云台。机器人将自己的G P S 位置信息和环境 图像传输到P C 控制终端。第二部分为P C 远程控制终端，获取北通遥控手柄的命令数据并打包后，通过网络传输给机 器人，实现机器人运动状态控制。P C 远程控制终端通过网络获取机器人的G P S 位置数据和视频数据，将数据解析后分 别显示到图像监控窗口和地图定位窗口。 关键词：遥控机器人；P a n d a B o a r d ；图像压缩；G P S 定位 中图分类号：T P 2 4 2文献标识码：A D e s i g no fR e m o t eV i s u a lC o n t r o lR e C O n n a i S s a n c eL o c a t i o nR o b o tS y s t e m L i uB o ，Y a n gB i n ( S c h o o lo fI n f o r m a t i o nS c i e n c e & T e c h n o l o g y ，S o u t h w e s tJ i a o t o n gU n i v e r s i t y ，C h e n g d u6 1 0 0 3 1 ，C h i n a ) A b s t r a c t ：R e m o t ev i s u a lc o n t r o lr e c o n n a i s s a n c el o c a t i o nr o b o ts y s t e mc o n s i s t so ft W Op a r t s T h ef i r s tp a r ti st h er o b o tw h i c he s t a b l i s h e sa n e t w o r kc o n n e c t i o nw i t ht h er e m o t eP Ct e r m i n a l ，a c c e s s e sc o n t r o lc o m m a n d ，a n dc o n t r o l st h er o b o t ，s t e e r i n ge n g i n e ，a n ds t e r e ov i d e o h e a da f t e ra n a l y z i n gc o m m a n dm o t i o nm o t o r A tl a s tt h er o b o ts e n d sG P Sp o s i t i o ni n f o r m a t i o na n de n v i r o n m e n t a li m a g et ot h eP Cc o n t r o l t e r m i n a l T h es e c o n dp a r ti st h eP Cr e m o t ec o n t r o lt e r m i n a lw h i c hg e t sc o m m a n dd a t af r o mN o r t hr e m o t ec o n t r o lh a n d l ea n dp a c k a g e si t ， t h e nt r a n s m i t st Ot h er o b o tt h r o u g ht h en e t w o r k ，f i n a l l ya c h i e v e sc o n t r o lo ft h er o b o t Sm o v e m e n t P Cr e m o t ec o n t r o lt e r m i n a lo b t a i n sr o b o tG P Sp o s i t i o nd a t aa n dt h ev i d e od a t at h r o u g ht h en e t w o r k ，a n dd i s p l a y si ni m a g ev i d e om o n i t o rw i n d o wa n dm a pl o c a t i o nw i n d o wa f t e ri n t e r p r e t e d K e yw o r d s ：r e m o t ec o n t r o lr o b o t ；P a n d a B o a r d ；i m a g ec o m p r e s s ；G P Sl o c a t i o n 引言 科学技术的飞速发展推动了机器人技术的不断发展 和广泛应用。在现代社会生活中复杂的应用需求越来越 多，如军事侦查、高危环境巡逻、特殊环境拍摄等。远程遥 控侦察定位机器人系统可以胜任特殊环境中的特殊需求。 本系统以P a n d a B o a r d 开发板作为机器人的控制核心，能 够实现网络通信、机器人姿态控制、机器人位置信息处理。 远程遥控终端由P C 机和北通阿修罗遥控手柄构成，P C 机获取遥控手柄的遥控数据并打包，通过网络发送给机器 人，并且获取视频图像数据和机器人地理位置信息，实现 机器人的控制、视频监控和地理位置监视。 1硬件平台 系统硬件部分主要由P a n d a B o a r d 开发板、G P S 定位 开发板、立体视频监控云台、P C 机构成。 1 1 机器人整体结构 机器人整体由机器人车体、摄像头云台、电源控制板、 电机驱动控制板、P a n d a B o a r d 核心控制板5 部分组成。 机器人车体为飞思卡尔智能车竞赛指定车模。摄像头云 台有两组M G 9 4 6 R 舵机构成，可以实现上下左右四维角 度调节。摄像头为奥尼A N C 网络摄像头，可以采集Y U V 和R G B 格式的图像数据。电源模块主要完成将8V 电池 电压降为5V 和6V 电压，分别供给P a n d a B o a r d 开发板 和M G 9 4 6 R 舵机。电机驱动模块用B T S 7 9 6 0 电机驱动芯 片设计。机器人整体结构如图1 所示。 1 2P a n d a B o a r d 开发板 P a n d a B o a r d 开发板是T 1 公司的S o C 开发板，其内部 主要包括4 个处理引擎，包括基于A R M v 7 1 指令集的 S M PC o r t e x A 91G H z 双核处理器、可编程多媒体硬件 加速引擎I V A H D 及协处理器C o r t e x M 3 、图像显卡 P o w e rS G X 5 4 0 及提供图像视频并行计算的I S P 。其中 敬请登录网站在线投稿2 0 1 5 年第4 期羊疗机名嵌入式系 毛应国 2 3 万方数据 图1 机器人整体结构 I V A H D 多媒体加速引擎内部有7 个针对各种视频编解 码而设计的加速引擎，能够实现对7 2 0 P 视频的实时编解 码，并且拥有1G B 的R A M ，可以流畅运行U b u n t u 开源 操作系统。P a n d a B o a r d 开发板如图2 所示。 图2P a n d a B o a r d 开发板 1 3 北通神鹰阿修罗遥控手柄 北通神鹰阿修罗遥控手柄用来控制机器人的运动状 态，可以前进、后退、加速、减速，还可控制摄像头云台的角 度控制，如摇摆头、点头、抬头。北通神鹰阿修罗遥控手柄 如图3 所示。 图3 北通神鹰阿修罗遥控手柄 1 4 系统硬件架构图 系统硬件架构图如图4 所示，游戏手柄通过U S B 接 口同P C 连接，P C 通过无线热点与遥控机器人建立通信 连接。P C 机将游戏手柄的数据打包后通过网络发送给移 动机器人，这样就可以控制机器人的运动行为。机器人获 取的G P S 地图数据和摄像头数据打包压缩后通过无线网 络传送到P C 控制终端，这样P C 就可以获得机器人当前 环境状况和地理位置信息。 擎艘 P C 控制机 戏手柄 也蝴 图4 系统硬件架构图 2 软件设计 系统软件设计包括P C 控制服务程序和P a n d a B o a r d 开发板应用程序。P C 控制服务程序包括视频数据处理软 件设计、G P S 地理位置信息处理软件设计和遥控移动手 柄软件设计。P a n d a B o a r d 开发板应用程序，包括视频服 务软件设计、机器人运动状态控制软件设计和G P S 地理 位置信息服务软件设计。系统软件架构如图5 所示。 同P C 端建 立网络连接 同P C 端建立 网络连接 i 一广焉妊蕊斧一 同P C 端建立 网络连接 同机器人3 个进程分别建立网络连接，获取遥控手柄命 令并通过网络传输给机器人，通过网络接收视频数据和 G P S 数据并处理 图5 系统软件架构 P C 视频数据处理软件将实时接收机器人通过网络传 输过来的m j p e g 视频数据，通过f f m p e g 解压缩成为位图 后绘制到屏幕上。G P S 地理位置信息处理软件将实时接 收机器人的G P S 数据，解析之后在开源网络地图中进行 标定。遥控移动手柄软件主要负责接收北通神鹰手柄的 命令信息，并且将机器人控制命令和摄像头云台控制命令 通过网络传输到机器人并控制机器人。 机器人核心控制板搭载U b u n t u 系统。视频服务软 件采集U S B 摄像头Y U V 4 2 2 数据，压缩成m j p e g 通过无 24 M i c r o c o nt r o l l e r s E m b e d d e dS y s t e m s2 01 5 年第4 期 W w W m e S 门e f c o m c n 四 万方数据 线网络传输到P C 控制终端。机器人运动状态控制通过 P a n d a B o a r d 开发板中的5 路P W M 端口分别控制机器人 的前进、后退、方向舵机控制、摄像头云台的左右摇头控制 和摄像头云台的点头抬头控制。G P S 地理位置信息服务 通过串口获取G P S 地理位置信息，分析打包后传输到P C 控制终端。 2 1 P C 控制终端软件设计 2 1 1 北通神鹰手柄按键处理 对于遥控手柄数据采集处理，在L i n u x 下的编程框架 为J o y S t i c k 。J o y S t i c k 可以直接采集北通手柄事件，将手 柄的事件值赋予特定的命令含义后就可以控制机器人的 运动状态。将北通手柄接入P C 后，在L i n u x 系统下就成 生了d e v i n p u t j s 0 设备，j s O 就是遥控手柄设备，为了操 作j S 设备，编写设计了t a g J o y S t i c k E v e n t 结构体，这个结 构体中拥有手柄按键发生时间、键值、按键类型、按键号码 4 个成员结构，如下所示： t y p e d e fs t r u c tt a g J o y S t i e k E v e n t u n s i g n e di n tt i m e ；* 发生时间毫秒级* s h o r tv a l u e ； * 键值* u n s i g n e dc h a rt y p e ； * 键值类型* u n s i g n e dc h a rn u m b e r ；| * 键谴N u m * t a g J o y S t i e k E v e n to p e r a t o r = ( e o n s tt a g J o y S t i c k E v e n t & J s e T e m p ) t h i