馬 虹

(南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院能源與電氣工程學(xué)院，南京210023)

基于WiFi的云機(jī)器人設(shè)計(jì)研究*

馬 虹*

(南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院能源與電氣工程學(xué)院，南京210023)

結(jié)合通信技術(shù)最新發(fā)展，將機(jī)器人中的復(fù)雜控制程序移到云中，基于WiFi設(shè)計(jì)的一種云機(jī)器人系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)化機(jī)器人的設(shè)計(jì)，提高機(jī)器人的反應(yīng)能力，并可用于構(gòu)建大規(guī)模機(jī)器人群組。針對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的蟻群優(yōu)化算法，通過(guò)SAAS模式向云機(jī)器人提供路徑規(guī)劃服務(wù)，提高了機(jī)器人的路徑選擇精確度與環(huán)境適應(yīng)性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)安全可靠，本方案是有效可行的，符合智能化機(jī)器人的發(fā)展方向，具有較好的應(yīng)用及推廣價(jià)值。

WiFi;云計(jì)算;機(jī)器人;數(shù)據(jù)處理;.NET設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的機(jī)器人設(shè)計(jì)笨重，反應(yīng)遲緩，價(jià)格昂貴，而隨著市場(chǎng)的推動(dòng)，人們生活需求的日益提高，尤其對(duì)于一些高危地區(qū)，需要提高智能化程度，這使機(jī)器人市場(chǎng)重新活躍。本設(shè)計(jì)研究了一種基于WiFi的云機(jī)器人，即基于云計(jì)算的無(wú)線局域網(wǎng)機(jī)器人控制系統(tǒng)，它將機(jī)器人的復(fù)雜設(shè)計(jì)通過(guò)云計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)化［7］，數(shù)據(jù)處理與傳輸是基于“云”端的數(shù)據(jù)流技術(shù)，研究的關(guān)鍵技術(shù)是信息的傳遞要求、接口技術(shù)、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、通信程序編制、軟件支持等，這些技術(shù)的研究有助于網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人數(shù)據(jù)流處理的無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下人監(jiān)控的移動(dòng)機(jī)器人半自主運(yùn)動(dòng)的遙控指令操作?；跓o(wú)線局域網(wǎng)的控制方式能夠方便的把單一機(jī)器人擴(kuò)展為機(jī)器人組并使之協(xié)調(diào)動(dòng)作，同時(shí)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性和穩(wěn)定性。本研究適用于大規(guī)模的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用、把單一機(jī)器人擴(kuò)展為機(jī)器人組、智能家居系統(tǒng)中高速可靠的遠(yuǎn)程控制，以及特殊環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人高速通信鏈路支撐等領(lǐng)域。該研究設(shè)計(jì)降低了機(jī)器人的制作成本，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍及市場(chǎng)，尤其適合于火山探險(xiǎn)、深海探密、空間探索，軍事場(chǎng)地巡邏、偵察、監(jiān)視，在生物、化學(xué)、核試驗(yàn)場(chǎng)地等的危險(xiǎn)區(qū)作業(yè)等。

1 云機(jī)器人系統(tǒng)

云機(jī)器人是一種新型的機(jī)器人系統(tǒng)，它充分利用云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)來(lái)提高機(jī)器人系統(tǒng)的效能并降低機(jī)器人設(shè)計(jì)制造甚至使用的成本。近年來(lái)，云計(jì)算和WiFi技術(shù)發(fā)展迅速。云計(jì)算，即一種計(jì)算模式，利用虛擬化技術(shù)，通過(guò)Internet向人們提供即時(shí)所需的各類資源［8］，如計(jì)算、存儲(chǔ)以及各種服務(wù)，憑借其強(qiáng)大的整合能力、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展能力等特點(diǎn)，受到了各界的關(guān)注。WiFi(Wireless Fidelity)是一種短距離無(wú)線技術(shù)，只要通過(guò)無(wú)線路由器即可把有線信號(hào)轉(zhuǎn)換為WiFi無(wú)線信號(hào)，方便、快捷，較之ZigBee、藍(lán)牙等無(wú)線技術(shù)，WiFi技術(shù)不僅傳送速率快，傳輸距離也遠(yuǎn)，因此應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，同時(shí)也為機(jī)器人的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸提供了可能。本文的云機(jī)器人系統(tǒng)就是將這兩類新型技術(shù)結(jié)合，既提高效能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，又有較廣泛的應(yīng)用環(huán)境。

本文提出的云機(jī)器人系統(tǒng)由3大部分組成，機(jī)器人、云平臺(tái)與主控端(如圖1)。通過(guò)WiFi無(wú)線技術(shù)，云機(jī)器人可以訪問(wèn)云平臺(tái)的計(jì)算、存儲(chǔ)等資源，將感知數(shù)據(jù)存放在云端，可以請(qǐng)求路徑規(guī)劃等應(yīng)用服務(wù);主控端提供人機(jī)界面，使得用戶可以控制和操縱機(jī)器人，同時(shí)也可以訪問(wèn)云端獲取機(jī)器人感知的各種數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)數(shù)據(jù);機(jī)器人中密集運(yùn)算的應(yīng)用都放在云端，充分利用云平臺(tái)的計(jì)算能力，同時(shí)降低了機(jī)器人的資源要求，簡(jiǎn)化了云機(jī)器人的設(shè)計(jì)。本文著重討論云機(jī)器人的軟硬件設(shè)計(jì)，以機(jī)器車為例，分硬件及軟件兩部分分別進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，硬件上主要針對(duì)主控板及驅(qū)動(dòng)板的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明。

圖1 云機(jī)器人系統(tǒng)

2 基于WiFi的云機(jī)器人的硬件設(shè)計(jì)

電機(jī)模塊同機(jī)器車上的最小系統(tǒng)一起，通過(guò)無(wú)線模塊將遙控板和小車系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，小車系統(tǒng)的核心是由MCU構(gòu)成，將小車各個(gè)功能聯(lián)系起來(lái)。圖2為總體設(shè)計(jì)圖，圖3為硬件設(shè)計(jì)圖。圖2中機(jī)器人通過(guò)WiFi信號(hào)接收來(lái)自主控端的指令，通過(guò)終端軟件將采集到的數(shù)據(jù)上傳到云端，云則是充當(dāng)了數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算中心，同時(shí)可將采集到的數(shù)據(jù)提供給其他機(jī)器人使用，實(shí)現(xiàn)共享。本文主要基于SAAS模式，來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，比較簡(jiǎn)單。

圖2 控制板電路設(shè)計(jì)圖

圖3 硬件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

機(jī)器車的工作模式主要有避障和遙控兩種，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不同的運(yùn)行控制時(shí)，引起不同的運(yùn)行模塊組合工作。這兩種工作模式通過(guò)服務(wù)器中的路徑規(guī)劃算法來(lái)進(jìn)行有效控制。

(1)無(wú)線遙控

機(jī)器車中的無(wú)線遙控模塊使用的是無(wú)線串口XL02-232AP1。XL02-232AP1是UART接口半雙工無(wú)線傳輸模塊，可以工作在433MHz公用頻段，用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，使用簡(jiǎn)單，在對(duì)串口的編程時(shí)，只要記住其為半雙工通信方式，注意收發(fā)的來(lái)回時(shí)序即可。

當(dāng)機(jī)器車置于無(wú)線遙控時(shí)，小車主要是通過(guò)無(wú)線模塊進(jìn)行控制。通過(guò)控制鍵盤(pán)，產(chǎn)生低電平，單片機(jī)檢測(cè)到低電平發(fā)出通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送相應(yīng)信號(hào)時(shí)，機(jī)器車上的無(wú)線模塊接收到信號(hào)，通過(guò)小車上的STC12C5A32S2識(shí)別信號(hào)，對(duì)電機(jī)模塊產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，從而對(duì)電機(jī)產(chǎn)生控制，達(dá)到相應(yīng)的控制效果。

(2)避障

避障模塊使用的是紅外傳感器E18-D80NK。E18-D80NK是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，發(fā)射光經(jīng)過(guò)調(diào)制后發(fā)出，接收頭對(duì)反射光進(jìn)行解調(diào)輸出，避免了可見(jiàn)光的干擾。E18-D80NK中的透鏡，可以檢測(cè)80 cm距離的障礙物，這還要取決于顏色，根據(jù)光學(xué)特性，對(duì)不同顏色的物體，測(cè)距有不同，白色物體最遠(yuǎn)，黑色物體最近。

當(dāng)機(jī)器車處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，通過(guò)紅外線檢測(cè)機(jī)器車前方是否有障礙物，當(dāng)紅外開(kāi)關(guān)檢測(cè)到障礙物，產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)給單片機(jī)，并根據(jù)基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的蟻群優(yōu)化算法判斷轉(zhuǎn)向，同時(shí)指示電機(jī)模塊產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生相應(yīng)的狀態(tài)。

2.1 主控板設(shè)計(jì)

采用LQFP44封裝的STC12C5A32S2單片機(jī)控制，在單片機(jī)系統(tǒng)上，擁有一個(gè)完整的P4口，用于控制舵機(jī)［2］。為了讓控制板作為核心，單片機(jī)的控制板只引出下載程序使用的STC_ISP接口，可以方便電腦下載STC單片機(jī)程序，下載程序時(shí)只需要采用232轉(zhuǎn)換電路小板。

在電源設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)電源輸入接口，采用LM2956S-5.0穩(wěn)壓芯片，輸出5 V穩(wěn)定電壓，更大地提高穩(wěn)壓效率及降低功耗，輸入電壓范圍寬(5.5 V～24 V)。

(1)車身燈接口

本設(shè)計(jì)采用了三極管放大，低電平控制［3］，輸出為2位排針，可以連接車身燈的LED，如果采用普通LED，根據(jù)本設(shè)計(jì)加入470 Ω限流電阻，可以直接連接LED。

(2)驅(qū)動(dòng)板接口

驅(qū)動(dòng)板采用通用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口方式，對(duì)于控制信號(hào)來(lái)說(shuō)分成兩組，每組3個(gè)信號(hào)，分別是ENA、IN1、IN2;ENB、IN3、IN4，分別對(duì)應(yīng)單片機(jī)的相應(yīng)引腳，由驅(qū)動(dòng)板的接口程序控制。為了方便驅(qū)動(dòng)板使用邏輯電平，在接口處設(shè)計(jì)5 V電源。

驅(qū)動(dòng)模塊輸出的波形圖如圖4所示，分頻模式選擇信號(hào)如是Mode為低，完成對(duì)輸入時(shí)鐘信號(hào)clkI、clkIN的4分頻;是Mode為高，進(jìn)行5分頻。分頻后時(shí)鐘進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換使用，因使用角度不同，需要產(chǎn)生不同的分頻時(shí)鐘，用于移位存儲(chǔ)鏈的時(shí)鐘占空比，若Mode為低，即4分頻時(shí)為1∶3;若Mode為高，即5分頻時(shí)為1∶4，用作同步輸出的時(shí)鐘占空比均為1∶1。

圖4 分頻時(shí)正弦波形輸出

(3)P46、P47電壓跳線

電壓跳線是為P46、P47端口控制舵機(jī)使用［4］，也是為機(jī)械手臂舵機(jī)使用。不同跳線對(duì)應(yīng)P46、P47的兩組不同工作電壓，跳至上面為5 V，跳至下面與P4口其他電壓一致。如果這兩個(gè)端口控制小云臺(tái)，那么電壓跳線接至上面。

(4)舵機(jī)接口

舵機(jī)接口專為控制舵機(jī)而設(shè)計(jì)，三線舵機(jī)、電源由獨(dú)立穩(wěn)壓可調(diào)芯片提供，滿足舵機(jī)工作電壓需求。VCC_6V并不是固定6 V，由電壓調(diào)節(jié)電位器決定。

(5)ISP串口

此接口可以采用USB轉(zhuǎn)串口232的TTL方式，下載單片機(jī)程序，或者與其他TTL通信設(shè)計(jì)進(jìn)行連接。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)板設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，每一路L293輸出引出了兩個(gè)并聯(lián)的端口，以便控制四輪的小車，左右兩邊的電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行［5］。本驅(qū)動(dòng)板也可以控制D42步進(jìn)電機(jī)、四線制的步進(jìn)電機(jī)。

L293有兩個(gè)電壓輸入，一個(gè)是給電機(jī)的電壓，一個(gè)是給芯片工作與控制邏輯的參考電壓。L293有4個(gè)驅(qū)動(dòng)門(mén)，每個(gè)IN1對(duì)應(yīng)一個(gè)OUT1，當(dāng)IN1為高電平時(shí)，OUT1輸出高電平，電壓為VSS，也就是給這個(gè)芯片電機(jī)的供電電壓(注意這里不是邏輯電壓)［6］。

本設(shè)計(jì)中每?jī)蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)門(mén)做成一路控制電機(jī)的信號(hào)，這樣可以使電機(jī)在4個(gè)象限運(yùn)行，即正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停車、自由滑行。ENA與ENB的使能的控制，如果采用PWM對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，可以在ENA與ENB中分別接入PWM信號(hào)，IN1與IN2，IN3與IN4，分別可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)。如果利用本電路板去控制步進(jìn)電機(jī)，就把步進(jìn)線接到 OUT1、OUT2、OUT3、OUT4。

在硬件設(shè)計(jì)中，還有一些關(guān)鍵元器件的選擇不容忽視，它們會(huì)對(duì)電路的整體性能產(chǎn)生影響，因此本設(shè)計(jì)中通過(guò)研究電路中濾波電容在變化時(shí)對(duì)電路性能的影響。在進(jìn)行瞬態(tài)分析時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)“參數(shù)掃描”分析，即可非常迅速、直觀地了解到電路中特定元件參數(shù)變化對(duì)電路性能的影響。具體仿真圖如圖5所示。

圖5 正弦波各分頻圖

3 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的蟻群優(yōu)化算法

本設(shè)計(jì)中的機(jī)器人是要能在高、低溫、無(wú)人區(qū)、危險(xiǎn)環(huán)境中作業(yè)，其周邊干擾多、情況復(fù)雜，因此本設(shè)計(jì)中使用基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的蟻群優(yōu)化算法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論進(jìn)行學(xué)習(xí)，蟻群優(yōu)化算法ACO是分布式智能模擬仿生類算法，它模擬螞蟻根據(jù)信息素來(lái)尋找選擇避障的最短路徑，減少計(jì)算量，其算法具有很好的效果和魯棒性［1］。把模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與蟻群優(yōu)化算法結(jié)合應(yīng)用于機(jī)器人，以適應(yīng)多變的惡劣環(huán)境。其中用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要實(shí)現(xiàn)隸屬關(guān)系，函數(shù)式為: wc和wg分別確定Sigmoid函數(shù)的中心和寬度。

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境控制中要注意的參數(shù)有:

對(duì)于蟻群優(yōu)化算法在本設(shè)計(jì)中的分析，假設(shè)任一螞蟻?zhàn)叩侥硞€(gè)地方，下面接下去會(huì)選擇的路徑集合為N，集合中任一條路徑n∈N上的信息素濃度為τn，走某條路的代價(jià)為ηn，那么選擇某條路徑v∈N的幾率為

式中，參數(shù)α和β分別表示控制信息素和路徑長(zhǎng)度的相對(duì)重要程度。當(dāng)這只螞蟻在所有路徑走過(guò)一遍后，路徑上的信息素濃度將變?yōu)?

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和蟻群優(yōu)化算法部分放置在云端，通過(guò)云數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取并計(jì)算分析，為機(jī)器人提供路徑規(guī)劃的最佳方案，綜合運(yùn)用于本設(shè)計(jì)中，提高機(jī)器人的智能化程度和處理速度。

本設(shè)計(jì)中對(duì)云控制部分有相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，下面僅將云控制語(yǔ)句列舉出。

程序設(shè)計(jì)中涉及的參數(shù)有k為迭代次數(shù)(指機(jī)器車轉(zhuǎn)動(dòng)多少次存儲(chǔ)在云端);m為遙控車啟動(dòng)避障的次數(shù)(存儲(chǔ)在云端);E為終止點(diǎn)(最短路徑的目的點(diǎn))。

機(jī)器車所在的環(huán)境是虛擬的，其中有障礙物，或其他情況，機(jī)器車都僅能感知它范圍內(nèi)的環(huán)境信息。環(huán)境以一定的速率讓信息素消失。這些信息都是通過(guò)云去計(jì)算和實(shí)現(xiàn)的。

該算法運(yùn)行在云端，作為服務(wù)為機(jī)器車提供路徑規(guī)劃功能。機(jī)器車獲取環(huán)境感知信息，上傳回云端，云端將計(jì)算結(jié)果返回機(jī)器車。

4 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的機(jī)器車有多項(xiàng)功能，如正常運(yùn)行、多角度反轉(zhuǎn)、障礙物的翻越、監(jiān)視、錄像、報(bào)警等，真正達(dá)到了智能化，根據(jù)其功能，在上位機(jī)中設(shè)計(jì)了控制軟件，通過(guò)WiFi無(wú)線信號(hào)對(duì)機(jī)器車進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。

本設(shè)計(jì)采用模塊程序設(shè)計(jì)法，使用.NET語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，完整的程序結(jié)構(gòu)包含.NET框架所提供的支持，在程序執(zhí)行階段，.NET提供了一個(gè)程序運(yùn)行時(shí)的環(huán)境，這個(gè)運(yùn)行時(shí)環(huán)境提供管理內(nèi)存、實(shí)時(shí)編譯程序、進(jìn)行安全檢查、執(zhí)行垃圾回收等［8］。對(duì)于圖6的主程序設(shè)計(jì)流程圖而言，運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)了這些功能的自動(dòng)化。

圖6 主程序設(shè)計(jì)流程圖

具體程序設(shè)計(jì)采用的是限幅濾波法，可以有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾，確定兩次采樣允許的最大偏差值(設(shè)為Δ)，每次檢測(cè)到新值時(shí)判斷，如果本次值與上次值之差＜=Δ，則本次值有效;如果本次值與上次值之差＞Δ，則本次值無(wú)效，放棄本次值，用上次值代替本次值。

具體算法使用函數(shù)Amplitude Limiter Filter()，即限幅濾波法，調(diào)用函數(shù)Get AD()，用來(lái)取得當(dāng)前值。全局變量Value表示最近一次有效采樣的值，在主程序里賦值;New Value表示當(dāng)前采樣的值，Return Value為返回值，是本次濾波結(jié)果。常量Δ為兩次采樣的最大誤差值，該值需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。

(1)系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化包括對(duì)芯片、控制器、無(wú)線收發(fā)及對(duì)系統(tǒng)的初始化，Windows系統(tǒng)主要完成對(duì) CPU、SDRAM等芯片的初始化;加載攝像頭和USB2.0控制器的驅(qū)動(dòng)程序，為應(yīng)用程序的執(zhí)行做好準(zhǔn)備，對(duì)于數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器、中斷服務(wù)寄存器等其他芯片的初始化進(jìn)行相應(yīng)的操作。

(2)實(shí)時(shí)碼流傳輸

系統(tǒng)初始化完成之后，應(yīng)用程序控制攝像頭驅(qū)動(dòng)以獲取視頻信號(hào)，并保存，程序流程圖3所示，接收無(wú)線信號(hào)并將碼流數(shù)據(jù)發(fā)送給USB2.0控制器的驅(qū)動(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序隨即將數(shù)據(jù)寫(xiě)入U(xiǎn)SB2.0控制器的端點(diǎn)緩沖器，USB2.0控制器將端點(diǎn)緩沖器中的視頻數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送出去。

(3)視頻接收器的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的視頻接收器是基于PC機(jī)的類似無(wú)線網(wǎng)卡的無(wú)線接收設(shè)備，硬件結(jié)構(gòu)和nRF2401無(wú)線發(fā)射模塊一樣，都是用 USB2.0控制器控制nRF2401進(jìn)行有線傳輸。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)測(cè)試重點(diǎn)是電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊部分，作為機(jī)器車設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，測(cè)試包含其對(duì)機(jī)器車的整體運(yùn)行控制情況，如前進(jìn)、倒退、旋轉(zhuǎn)等。測(cè)試環(huán)節(jié)包括驅(qū)動(dòng)模塊是否正常、軟件是否正常等。

圖7 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊測(cè)試圖(單位:bit)

圖7所示為當(dāng)主控端和機(jī)器車無(wú)線連接后，從主控端操作界面發(fā)送行走指令，對(duì)應(yīng)發(fā)送的指令代碼是10100000101000101010101011000010010100001時(shí) 的電壓與頻率的關(guān)系圖。

以上二進(jìn)制的字符串發(fā)送完畢，機(jī)器車即能正常運(yùn)行起來(lái)。若沒(méi)有較大延時(shí)，說(shuō)明機(jī)器車軟件設(shè)計(jì)沒(méi)有問(wèn)題。這個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)表明了在機(jī)器車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，所有的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)主控端存儲(chǔ)在云端。

本項(xiàng)目還通過(guò).NET設(shè)計(jì)顯示界面，來(lái)觀察主控端程序接收數(shù)據(jù)情況，從而測(cè)試電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送數(shù)據(jù)的有效性及車速等數(shù)據(jù)，如圖8所示，縱軸表示電壓，橫軸表示時(shí)間s。

圖8 主控端顯示圖

在數(shù)據(jù)顯示界面上顯示出機(jī)器車的速度和行走時(shí)間的關(guān)系，當(dāng)前車速為為3 m/s，電池電量剩余86%，舵機(jī)轉(zhuǎn)角位為23°。在接收時(shí)，需先在IP地址中輸入云遙控車預(yù)先設(shè)置的IP地址端口號(hào)，以實(shí)現(xiàn)與無(wú)線模塊的連接，然后上位機(jī)程序就可以將接收到的舵機(jī)轉(zhuǎn)角、車速及電池電量等定時(shí)信息顯示出來(lái)，并根據(jù)中心線數(shù)各監(jiān)控參數(shù)的實(shí)時(shí)/歷史曲線，使用戶更加方便地了解整個(gè)遙控車的變化情況;圖8中表示整個(gè)機(jī)器車的運(yùn)行情況，從曲線圖上可以看出，整個(gè)機(jī)器車運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定。這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明:遙控車在云計(jì)算的控制下運(yùn)行速度正常，反應(yīng)比較靈敏。

6 結(jié)束語(yǔ)

基于WiFi的云機(jī)器人是根據(jù)現(xiàn)有機(jī)器人硬件設(shè)計(jì)笨重、運(yùn)算系統(tǒng)復(fù)雜、反應(yīng)遲緩的缺陷而設(shè)計(jì)，充分結(jié)合了現(xiàn)代最新的通信技術(shù)，通過(guò)人機(jī)操作界面，操作簡(jiǎn)單、使用方便。本設(shè)計(jì)中將機(jī)器人與云計(jì)算、WiFi相結(jié)合，硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了無(wú)線遙控、調(diào)速、超聲波測(cè)距、紅外感應(yīng)、液晶顯示等關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)，軟件上采用了基于限幅濾波法的模塊化編程。基于云平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)與強(qiáng)大的計(jì)算功能，為機(jī)器人提供智能處理、路徑規(guī)劃及存儲(chǔ)功能。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證，此設(shè)計(jì)安全可靠，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、操作靈活簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，符合智能化機(jī)器人的發(fā)展方向，具有較好的應(yīng)用及推廣價(jià)值。

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馬 虹(1979- )，女，漢族，江蘇南京人，南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院工作，研究生，講師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)通信，mh_ purple@163.com。

Design of the Robot Based on WiFi and Cloud Computing*

MA Hong*
(School of Energy Source and Electric Engineering，Nanjing Institute of Industry Technology，Nanjing 210023，China)

Combining the latest development of communication technology，the complex control program of robots moves to the Cloud，and designs a Cloud-Robot system basing on WiFi.This design can simplify the software design of the robot，improve the flexibility and agility of the robot，and it can be used to build large-scale robot group.Based on fuzzy neural network ACO(The Ant Colony Optimization Algorithm for Fuzzy Neural Network)is used through the SAAS model of the algorithm to robot path planning service，to improve the path selection accuracy and adaptability to the environment of the robot.Through the experiment，the design is safe and reliable，effective and feasible，which conforms to the developing direction of intelligent robot，and has good application and popularization value.

WiFi;Cloud computing;robot;data processing;.NET design

10.3969/j.issn.1005－9490.2014.02.043

TN925.93;TP242;TP393

A

1005－9490(2014)02－0367－06

項(xiàng)目來(lái)源:江蘇省精密制造工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心開(kāi)放基金項(xiàng)目(401050611ZK401)

2013-10-16修改日期:2012-12-09

book=372,ebook=206

EEACC:7210B