西南石油大學(xué)　呂志浩

機器人實時監(jiān)控系統(tǒng)探究

西南石油大學(xué)呂志浩

隨著時代的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進步，人們開始將機器人應(yīng)用到日常生活工作中，極大地提高了工作效率與質(zhì)量，然而，如何遠(yuǎn)程控制操作機器人的行動是重點之一。大多數(shù)機器人遠(yuǎn)程操控是通過計算機以及各種無線通訊設(shè)備，以信息、圖像等方式傳達命令，使用無線設(shè)備對機器人進行實時監(jiān)控花費時間短，具有可靠性、實時性、準(zhǔn)確性等特點。近年來隨著各種家用及商用機器人使用頻率的上升，高效省時的機器人實時監(jiān)控系統(tǒng)成為人們關(guān)注的熱點。

智能移動機器人；無線通信；遠(yuǎn)程監(jiān)控

1　前言

隨著網(wǎng)絡(luò)時代的進步與信息技術(shù)的快速發(fā)展，無線遠(yuǎn)程通訊技術(shù)因它的及時性、無地點限制、高效性等方面優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備之間的互聯(lián)中。移動機器人由于需要靈活運轉(zhuǎn)等特點，應(yīng)配合無線通信方式加以使用。傳統(tǒng)的線纜通訊會導(dǎo)致移動機器人的靈活性降低，且一手損壞。因此不受時間地點控制、適用范圍廣的無線通訊技術(shù)能夠滿足該需求，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞信息數(shù)據(jù)指令，使機器人能高效完成指令任務(wù)。

2　智能移動機器人遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1控制器的選擇

機器人行動控制的執(zhí)行系統(tǒng)為運動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的性能對于機器人作業(yè)的效率與質(zhì)量有著決定性作用，因此要保障機器人能夠準(zhǔn)確、科學(xué)的完成指令必須使用性能良好的運動控制系統(tǒng)。當(dāng)前性能最為優(yōu)良的PMAC除了具有超出一般運動控制器的準(zhǔn)確度外，兼?zhèn)浞€(wěn)定性與高效，這種多軸控制器能夠?qū)嵤?fù)雜的操作指令，許多大型機械設(shè)備已將該控制器應(yīng)用到控制系統(tǒng)中，極大地提高了機械運作的準(zhǔn)確度。因此為提高機器人運作的效率，選用PMAC2-PC104 型控制卡應(yīng)用于機器人的計算系統(tǒng)中，這款高性能的可編程多軸控制器可設(shè)定不同的參數(shù)，通過編寫高級語言程序進行控制，加快傳輸速度。而設(shè)計出PMAC2-PC104的公司為其提供了相應(yīng)的配件，來匹配不同傳感器的數(shù)據(jù)信息。

2.2遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成

我們平時使用的智能移動機器人實時監(jiān)控系統(tǒng)由三部分組成分別為無線網(wǎng)絡(luò)、上位機和下位機。

上位機為普通工控機和無線串口服務(wù)器 WDS203；下位機為智能移動機器人和 WDS203，通過交叉線把上位機與下位機的串口并聯(lián)在一起，由無線網(wǎng)絡(luò)向上位機傳遞訊號，再傳遞到下位機，三者數(shù)據(jù)相通，組成智能移動機器遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)。

為降低成本，在遠(yuǎn)距離無線通訊中，撇棄并口的的通信方式，選擇串行通信來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞與接收。“串行通信”是用一根數(shù)據(jù)線連接計算機與設(shè)備，一幀一幀的傳遞信息，每一幀數(shù)據(jù)都是固定的時間長度。在串口通信的硬件設(shè)備中，選用含有四個獨立串口的PC/104 單板機進行串聯(lián)，能夠滿足多個串口的需求。

通過圖2-1可以看出，在無線通信設(shè)計中，串口設(shè)備服務(wù)器具有十分重要的作用，它負(fù)責(zé)傳輸與中轉(zhuǎn)信息數(shù)據(jù)。

圖2-1　串行通信接口電路圖

由即地、接收數(shù)據(jù)額和發(fā)送數(shù)據(jù)組成的三線直線法是無線通信電路中最常見的串口連接方法，通過引腳進行數(shù)據(jù)信息傳遞與接收。

移動機器人在一開始使用時需進行參數(shù)設(shè)定，通過了解其運作狀態(tài)進行調(diào)整，使其更好地適用于工作中，設(shè)置參數(shù)需要連接機器人的接口，由于移動機器人沒有設(shè)定連接屏幕等的常用接口，因此需要通過類似于并行接口等童心接口進行傳輸數(shù)據(jù)并加以調(diào)整，通過PC端來傳達參數(shù)指令，以確保機器人能遵循操縱者的指令進行作業(yè)，并實時監(jiān)控移動機器人的工作完成度。

2.3無線通信標(biāo)準(zhǔn)的選擇

無線網(wǎng)絡(luò)的兼容性使得它能夠不分時間地點在原網(wǎng)絡(luò)上提供無線服務(wù)，不受有限局域網(wǎng)電纜的限制。在選擇無線通信技術(shù)方面，根據(jù)應(yīng)用對象的特點通常采用802.11b標(biāo)準(zhǔn)無線通信技術(shù)來監(jiān)控機器人的移動運作，在訊號較弱或者受到干擾時，該技術(shù)的傳輸速度將會自行調(diào)整，確保無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，通常情況下其速度達到11Mb /s，使用的有效距離能夠達到100～300m。

3　移動機器人遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)控制方式

大多數(shù)機器人遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式有以下三種：

一是連續(xù)命令控制方式，這是較為傳統(tǒng)的一種控制方式，特點是需要采樣處理，準(zhǔn)確度高、效率低，不宜用于遠(yuǎn)程控制。因為它需要上位機與下位機的信息數(shù)據(jù)傳遞。

二是監(jiān)督控制方式，通過運用遠(yuǎn)程自主控制方式，操縱者遠(yuǎn)程觀察機器人的移動作業(yè)，根據(jù)它的行動下達指令，因此需要操作人員隨機按監(jiān)控，并且機器人擁有一定的自主能力，根據(jù)指令完成任務(wù)。

三是離散控制方式，這種控制方式頻率較低，能夠有效改善網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，但會不同程度上影響到控制性能。

這三種控制方式的控制級別與操作難易度成反比，因此提高遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)的智能水平是提高移動機器人工作性能的重點，采用監(jiān)督控制方式來建構(gòu)機器人遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

4　軟件整體設(shè)計

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件工程

移動機器人遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主體部分為監(jiān)控軟件，因此監(jiān)控軟件的開發(fā)很大程度上決定著監(jiān)控系統(tǒng)的性能，為保障軟件的運用效率與質(zhì)量，因此需要提高監(jiān)控軟件的開發(fā)工程的重視度。

軟件工程將軟件運行周期分為許多階段，每個階段都有其相應(yīng)的任務(wù)，一步一步進行下去，開始下一個任務(wù)的前提是完成好上一階段的任務(wù)，后一階段的任務(wù)更加詳細(xì)復(fù)雜化，每一個階段的開始與結(jié)束都有十分嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，要經(jīng)過嚴(yán)格的技術(shù)審查及復(fù)查，通過后才進行下一階段，如果檢查不通過，那么需重新返工后再進行審查。另外，在軟件運行周期結(jié)束后，需通過系統(tǒng)維護來更新完善軟件，使其適應(yīng)環(huán)境的變化，更好的滿足用戶的需求。

4.2功能模塊

對遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)模塊進行分類，模塊有助于維護系統(tǒng)正常工作，具有可操控性、延展性、可重構(gòu)性等特點。

4.3PC /104 串口通信程序設(shè)計（見圖2-2）

PC /104 串口通信程序設(shè)計能夠串聯(lián) DOS 和 Windows 兩種操作

平臺，進行數(shù)據(jù)信息傳遞，由于上位機屬于Windows 系統(tǒng)，PC/104屬于DOS 系統(tǒng)，因此兩者的串聯(lián)通訊需要借助無線串口設(shè)備這個平臺。通過C語言程序設(shè)計進行片成，實施異步串行通信。

圖2-2　PC /104 串口通信程序流程圖

5 結(jié)語

本文總結(jié)了機器人實時監(jiān)控系統(tǒng)的組成模塊，將無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)應(yīng)用到機器人遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)中，分析探究了智能移動機器人遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建，確保監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時接收命令信息并執(zhí)行，對于研發(fā)更高性能的移動機器人實時監(jiān)控系統(tǒng)提供了參考價值，本文不足之處在于沒有考慮到有關(guān)移動機器人在接收訊號過程中是否收到其他訊號的干擾以及如何處理等方面，還有待進一步研究。

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［2］馬長安，胡滿紅.諧波齒輪的工作原理及在減速器中的應(yīng)用［J］.山西冶金，2005（2）：42-43.

呂志浩（1994—），男，河南駐馬店人，大學(xué)本科，畢業(yè)于西南石油大學(xué)，研究方向：機器人監(jiān)控。