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面向公共安全的机器人指控系统中机器人远程操控子系统的研究与实现

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 应急指挥控制系统的研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 机器人在公共安全危机应对中的研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 机器人远程操控技术研究现状

1.4.1 机器人远程操控技术概述

1.4.2 国外研究现状

1.4.3 国内研究现状

1.4.4 机器人远程操控技术关键技术综述

1.5 课题主要研究内容及意义

1.6 论文的组织结构

第二章 机器人远程操控系统总体设计

2.1 机器人远程操控系统需求分析

2.1.1 总体需求分析

2.1.2 功能需求分析

2.2 机器人远程操控系统总体结构设计

2.2.1 系统远程控制结构

2.2.2 系统总体结构

2.2.3 网络通信结构

2.3 机器人远程操控系统功能模块设计

2.3.1 网络通信模块

2.3.2 远程控制模块

2.3.3 远程视频监控模块

2.3.4 信息显示模块

2.3.5 数据库模块

2.4 机器人远程操控系统总体架构设计

2.5 关键技术介绍

2.5.1 网络通信技术

2.5.2 远程视频监控技术

2.5.3 多线程技术

2.6 本章小结

第三章 机器人远程控制设计与实现

3.1 机器人本体及相关设备远程控制设计

3.1.1 机器人运动学模型

3.1.2 机器人本体远程控制设计

3.1.3 相关设备远程控制设计

3.2 机械手臂远程控制设计

3.2.1 机械手臂控制策略

3.2.2 机械臂运动学模型

3.2.3 机械手臂末端位姿控制

3.3 远程控制命令在本地控制系统中的实现

3.4 图形化人机接口控制

3.4.1 图形化人机接口设计

3.4.2 图形化人机接口实现

3.5 USB游戏手柄控制

3.5.1 游戏手柄控制设计

3.5.2 游戏手柄控制实现

3.6 键盘控制

3.6.1 键盘控制设计

3.6.2 键盘控制实现

3.7 本章小结

第四章 机器人远程操控系统关键模块的设计与实现

4.1 网络通信模块的设计与实现

4.1.1 网络通信协议

4.1.2 网络通信设计

4.1.3 网络通信实现

4.2 远程视频监控模块的设计与实现

4.2.1 远程视频监控模块设计

4.2.2 远程视频监控模块的实现

4.3 信息显示模块的设计与实现

4.3.1 信息显示模块设计

4.3.2 信息显示模块实现

4.4 数据库模块的设计与实现

4.4.1 数据库模块设计

4.4.2 数据库模块实现

4.5 本章小结

第五章 系统开发与实现

5.1 基于Windows平台的系统开发与实现

5.1.1 系统开发环境

5.1.2 基于Windows平台的系统实现

5.2 基于Linux平台的系统开发与实现

5.2.1 系统开发环境

5.2.2 基于Linux平台的系统实现

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究成果概述

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

随着机器人技术的发展,各种特殊应用的智能机器人开始研发及应用,如灾难救援机器人、侦察机器人、消防机器人等,为公共安全事件应急提供有力支持。本课题是面向公共安全的机器人指控系统的一个子系统,作为面向公共安全的机器人指控系统的执行单元——远程操控机器人。通过机器人远程操控系统对机器人进行远程控制以及对事件现场数据、视频图像进行采集显示,并与面向公共安全的机器人指控系统进行交互。本文主要对机器人远程操控系统设计与实现进行研究,具体的工作有:
  (1)在阅读大量相关领域文献的基础上,分析总结相关领域国内外研究现状。根据机器人远程操控系统的需求分析,完成了系统的总体框架设计,并划分系统的关键功能模块。
  (2)系统采用Socket连接实现了与机器人以及机器人指控系统之间的双向通信。对于控制命令、状态信息和任务信息等数据传输,采用TCP协议确保数据传输的准确性和可靠性;对于机器人视频信息,则采用UDP协议确保视频数据传输的速度和实时性。本课题制定了系统与机器人之间的通信协议。系统提供图形化人机接口以及外部接口,如游戏手柄、键盘,实现对机器人的远程控制。系统对接收到的各类传感器数据进行实时显示及存储管理。使用流媒体技术,分别在Windows平台下采用FFmpeg开源库函数以及在Linux平台采用Live555开发远程视频监控客户端,实现了视频的接收、解压及显示。完成了系统数据库的设计,并封装数据库操作接口,实现对数据库的操作。另外,提供了数据库外部访问接口。
  (3)根据确定的系统方案,以某型号微型和小型机器人为例,在Windows和Linux平台分别设计并实现了机器人远程操控系统。

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