基于Internet的远程控制机器人系统结构设计探讨

邓 婷

（湖南科技职业学院，长沙 410008）

在Internet技术不断进步与发展的今天，智能装置与系统已在我国各个行业中得到了有效的应用，如望远镜、监视摄像机、计算机系统及移动机器人等。虽然，当前基于Internet的远程控制机器人系统结构的研究还不够成熟，但是，已经在社会上引起了巨大关注。相较于传统机器人而言，Internet机器人开辟了远程手术、远程培训、远程制造业等新的应用领域，并且具有一定的开放性，所以，设计一个基于Internet的远程控制机器人系统结构，并能够应用网络遥操作机器人系统实现完全的自主协调与操作，对现实社会具有积极的意义。

1 框架设计

在对网络化移动机器人的初级阶段进行研究过程中，首要任务是设计与构建起基础的遥操作机器人系统框架及试验平台。在此阶段需要重点对如下几方面进行研究：设计一个易于扩展且经济实惠的系统，方便能够将更多数量以及更多功能的机器人加入此系统当中；设计界面的统一性，从而能够将各类机器人综合到系统框架当中；设计一个直观的用户界面与合理的反馈系统。

1.1 硬件

首先，科学的选择被控移动机器人，使用服务器来作为机器人控制服务器与Web服务器，并使用相同配置服务器来作为图像处理服务器。其次，使用网络摄像机来完成对移动机器人状态信息的采集，从而能够让远端用户较为感性的了解到机器人，并且，还能够在出现较大网络延迟过程中，控制移动机器人躲避周边障碍物。再者，使用TCP接口来连接不同服务器，不过是使用无线路由器来连接移动机器人与服务器。此外，采用图像采集卡，将网络摄像机的图像信号进行截取，且传输至图像服务器进行处理。主要是利用一个标准的以太网卡将服务器主机与网络相连接。

目前，HTTP是使用最多的网页浏览器。远程控制能够利用网关接口在HTTP上实现，即平时较常使用的C/s模式。客户用HTML语言的方式来发送请求消息给服务器端，并在服务器端利用特定程序来实现客户预定行为，且能够将实施生成的HTML代码将结果传输至客户端。不过通用网关协议存在较大限制，如反应速度不快等，并且当部分生成网页仍处于静态情况下，每出现一次请求均会生产一个完全的HTTP，这无疑不适用在实时远程控制当中。如果利用Java，则其网络连接能力能够有效解决通用网关协议反应速度慢的问题。由于Java applet能够运行在Java兼容浏览器上，因此，使用Java applet的交互界面内容是动态变化的。但是，Java也存在一定弊端，如务必要连接各个服务器，并且用户需要掌握全部服务器以及其他用户想要连接部位，一旦出现用户量与服务器数量大增，则难以进行及时有效处理。所以，可以采取B/s模式，如图1所示，将中心服务器与全部用户与服务器都进行连接，用户只要通过中心服务器的位置便能够利用中心服务器进行通信。在此模式中，能够在统一计算机上放上网络服务器、机器人控制服务器以及图像服务器，并且也能够放在TCP接口连接的几个计算机上。如此一来，就能够提高插入多个图像处理计算机与机器人控制的便利性。

图1 中心服务器结构图

1.2 软件

1.2.1 机器人控制模块

机器人控制模块的任务是对移动机器人进行控制。在此模块中只有前进、后退、变向、变速等单纯的基础运动指令，而不含有智能化的东西。只要启动系统，Java程序便会连续运行，并且利用socket将用户指令传送至服务器端，接着利用无线路由器对移动机器人的运动进行控制。相同时间内，机器人仅能被一个用户所控制，当该名控制用户操作完毕后，按排队顺序让其他用户进行运行。并且机器人的声纳与信息的读数均能够通过Java程序反馈至客户端。

1.2.2 视觉反馈模块

如若网络用户利用客户端对移动机器人进行控制，就务必要确保能够稳定、连续的在机器人端将图像反馈回来。不仅如此，还应利用此模块，最大度限度的获取与机器人控制端相关的信息，以便于获得高质量的图像。当前，大部分设计过程中均使用服务器推动技术。通过静态图像流对图像进行弥补，且利用socket来传送至到Java applet，并被applet译为GIF或者JPEG格式。在此系统内，图像的截取主要是靠图像采集卡实现，且通过C++软件进行压缩，随后利用socket将其传送至网络服务器。

1.2.3 虚拟显示模块

虚拟显示模块主要是在Web页面上进行作业，主要用于处理计算机控制模块传送来的信息流。该类模块能够对移动机器人的方向以及位置的现实图像进行绘制，并且能够绘制基于固有里程表的详细坐标轨道图像。同时，能够利用声纳读取器实现环境地图的构建，且每100ms升级一次。用户能够利用此虚拟环境地图掌握机器人实际位置与环境，并且，能够观察到移动机器人周边是否存在障碍物。如若碰到摄像机范围外的障碍物或是出现时间延迟严重的情况，能够帮助移动机器人制定正确的路线。

1.2.4 用户界面

在设计用户界面时，尽可能的简单、易操作、易懂，并且含有尽可能多的易懂机器人遥操作信息。该类界面涵括了视觉反馈、控制按钮、移动机器人参数坐标显示以及机器人路径轨迹等内容。用户要想实现对移动机器人控制，让其进行转向、前进、后退等制定，只需点击Web页面的控制面板上的方向键接口，或利用复合控制或快捷键来达到设定固定速度、转变速度等制定。用户界面的虚拟环境地图程序applet，能够通过移动机器人处反馈所得数据，将移动机器人的测试平台以及部分基础信息显示出来。用户则能够通过用户界面来获取移动机器人实时速度、位置以及周围障碍物等信息。只要用户成功登陆，便能够进入控制页面。如若先前已经有人登陆成功并控制机器人，则此用户只能作为一名观察者排队等待，而不能控制移动机器人。不过不管是控制者还是观察者，均能够享受到中心服务器的各类服务，如，图像反馈、机器人的状态信息等。

2 结束语

总而言之，设计与研究基于Internet的远程控制机器人系统结构，具有极为重要的意义。该种系统结构潜力巨大，能够让用户利用Internet对远方的移动机器人进行控制。但是，在传输过程中有时会出现时延的问题，这就需要对其进行针对性的改善。该系统结构可将更多的图像摄像机与移动机器人加入系统当中，为人们今后对多机器人以及智能机器人间的协作提供更好的试验平台。