西南石油大学　吕志浩

机器人实时监控系统探究

西南石油大学吕志浩

随着时代的发展与科学技术的进步，人们开始将机器人应用到日常生活工作中，极大地提高了工作效率与质量，然而，如何远程控制操作机器人的行动是重点之一。大多数机器人远程操控是通过计算机以及各种无线通讯设备，以信息、图像等方式传达命令，使用无线设备对机器人进行实时监控花费时间短，具有可靠性、实时性、准确性等特点。近年来随着各种家用及商用机器人使用频率的上升，高效省时的机器人实时监控系统成为人们关注的热点。

智能移动机器人；无线通信；远程监控

1　前言

随着网络时代的进步与信息技术的快速发展，无线远程通讯技术因它的及时性、无地点限制、高效性等方面优点被广泛应用于网络与设备之间的互联中。移动机器人由于需要灵活运转等特点，应配合无线通信方式加以使用。传统的线缆通讯会导致移动机器人的灵活性降低，且一手损坏。因此不受时间地点控制、适用范围广的无线通讯技术能够满足该需求，通过无线网络传递信息数据指令，使机器人能高效完成指令任务。

2　智能移动机器人远程监控系统的构建

2.1控制器的选择

机器人行动控制的执行系统为运动控制系统，该系统的性能对于机器人作业的效率与质量有着决定性作用，因此要保障机器人能够准确、科学的完成指令必须使用性能良好的运动控制系统。当前性能最为优良的PMAC除了具有超出一般运动控制器的准确度外，兼备稳定性与高效，这种多轴控制器能够实施复杂的操作指令，许多大型机械设备已将该控制器应用到控制系统中，极大地提高了机械运作的准确度。因此为提高机器人运作的效率，选用PMAC2-PC104 型控制卡应用于机器人的计算系统中，这款高性能的可编程多轴控制器可设定不同的参数，通过编写高级语言程序进行控制，加快传输速度。而设计出PMAC2-PC104的公司为其提供了相应的配件，来匹配不同传感器的数据信息。

2.2远程监控系统的组成

我们平时使用的智能移动机器人实时监控系统由三部分组成分别为无线网络、上位机和下位机。

上位机为普通工控机和无线串口服务器 WDS203；下位机为智能移动机器人和 WDS203，通过交叉线把上位机与下位机的串口并联在一起，由无线网络向上位机传递讯号，再传递到下位机，三者数据相通，组成智能移动机器远程实时监控系统。

为降低成本，在远距离无线通讯中，撇弃并口的的通信方式，选择串行通信来实现数据的传递与接收。“串行通信”是用一根数据线连接计算机与设备，一帧一帧的传递信息，每一帧数据都是固定的时间长度。在串口通信的硬件设备中，选用含有四个独立串口的PC/104 单板机进行串联，能够满足多个串口的需求。

通过图2-1可以看出，在无线通信设计中，串口设备服务器具有十分重要的作用，它负责传输与中转信息数据。

图2-1　串行通信接口电路图

由即地、接收数据额和发送数据组成的三线直线法是无线通信电路中最常见的串口连接方法，通过引脚进行数据信息传递与接收。

移动机器人在一开始使用时需进行参数设定，通过了解其运作状态进行调整，使其更好地适用于工作中，设置参数需要连接机器人的接口，由于移动机器人没有设定连接屏幕等的常用接口，因此需要通过类似于并行接口等童心接口进行传输数据并加以调整，通过PC端来传达参数指令，以确保机器人能遵循操纵者的指令进行作业，并实时监控移动机器人的工作完成度。

2.3无线通信标准的选择

无线网络的兼容性使得它能够不分时间地点在原网络上提供无线服务，不受有限局域网电缆的限制。在选择无线通信技术方面，根据应用对象的特点通常采用802.11b标准无线通信技术来监控机器人的移动运作，在讯号较弱或者受到干扰时，该技术的传输速度将会自行调整，确保无线网络的稳定，通常情况下其速度达到11Mb /s，使用的有效距离能够达到100～300m。

3　移动机器人远程监控系统控制方式

大多数机器人远程实时监控系统的控制方式有以下三种：

一是连续命令控制方式，这是较为传统的一种控制方式，特点是需要采样处理，准确度高、效率低，不宜用于远程控制。因为它需要上位机与下位机的信息数据传递。

二是监督控制方式，通过运用远程自主控制方式，操纵者远程观察机器人的移动作业，根据它的行动下达指令，因此需要操作人员随机按监控，并且机器人拥有一定的自主能力，根据指令完成任务。

三是离散控制方式，这种控制方式频率较低，能够有效改善网络传输质量，但会不同程度上影响到控制性能。

这三种控制方式的控制级别与操作难易度成反比，因此提高远程实时监控系统的智能水平是提高移动机器人工作性能的重点，采用监督控制方式来建构机器人远程监控系统。

4　软件整体设计

4.1 监控系统的软件工程

移动机器人远程监控系统的主体部分为监控软件，因此监控软件的开发很大程度上决定着监控系统的性能，为保障软件的运用效率与质量，因此需要提高监控软件的开发工程的重视度。

软件工程将软件运行周期分为许多阶段，每个阶段都有其相应的任务，一步一步进行下去，开始下一个任务的前提是完成好上一阶段的任务，后一阶段的任务更加详细复杂化，每一个阶段的开始与结束都有十分严格的标准，要经过严格的技术审查及复查，通过后才进行下一阶段，如果检查不通过，那么需重新返工后再进行审查。另外，在软件运行周期结束后，需通过系统维护来更新完善软件，使其适应环境的变化，更好的满足用户的需求。

4.2功能模块

对远程监控系统模块进行分类，模块有助于维护系统正常工作，具有可操控性、延展性、可重构性等特点。

4.3PC /104 串口通信程序设计（见图2-2）

PC /104 串口通信程序设计能够串联 DOS 和 Windows 两种操作

平台，进行数据信息传递，由于上位机属于Windows 系统，PC/104属于DOS 系统，因此两者的串联通讯需要借助无线串口设备这个平台。通过C语言程序设计进行片成，实施异步串行通信。

图2-2　PC /104 串口通信程序流程图

5 结语

本文总结了机器人实时监控系统的组成模块，将无线网络通讯技术应用到机器人远程监控的系统中，分析探究了智能移动机器人远程监控系统的构建，确保监控系统能够及时接收命令信息并执行，对于研发更高性能的移动机器人实时监控系统提供了参考价值，本文不足之处在于没有考虑到有关移动机器人在接收讯号过程中是否收到其他讯号的干扰以及如何处理等方面，还有待进一步研究。

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吕志浩（1994—），男，河南驻马店人，大学本科，毕业于西南石油大学，研究方向：机器人监控。