基于Android的移動機器人開發

馬瓊雄 邱育波 文宗明

1.華南理工大學廣州學院工程研究院機器人應用研究所，廣東省廣州市 510800

2.華南理工大學廣州學院機械工程學院，廣東省廣州市 510800

引言

Android系統是目前移動設備市場占有率最高的操作系統，由于其為開源系統，所以各大移動設備廠商都對它情有獨鐘。

文中所述移動機器人開發方案，采用WIFI通訊方式，使用現有的Android設備作為主控處理器，運用Socket協議、HTTP協議對信號進行處理，不需計算機即可現實通訊，降低移動機器人的復雜度和成本，操作簡單，實用性高。

文章第二部分介紹系統整體結構；第三部分是對系統各部分進行詳細介紹；第四部分展示利用系統進行實驗的效果；最后是總結。

1 整體結構

本系統由Android客戶端及機器人兩大部分組成，兩者間以WIFI信號的形式進行通信。整體結構如圖1整體結構圖所示,硬件部分主要由機器人本體、WIFI模塊、單片機系統、電源模塊組成。軟件部分包含程序的編寫通訊模塊及界面設計，本系統文所提出的方案適用于任何一款使用Android系統且帶WIFI收發功能的移動設備。

圖1 整體結構圖

2 機器人組成

2.1 Android客戶端

Android客戶端主要使用Java語言作為編程語言，通過Socket協議和Http協議實現與機器人的通訊，其中分為兩大部分，一是視頻采集部分，二是機器人控制部分，其中視頻部分采用的是Http協議，而控制部分采用的則是Socket協議，將兩部分開實現，避免了數據交換時產生互相干涉的情況，有利于數據的處理和功能的實現。

圖2為客戶端使用界面，左邊是控制區域，右邊是視頻區域。

圖2 客戶端使用界面

2.1.1 視頻區域

視頻區域主要使用的是HTTP協議，連接作為服務器端的WIFI模塊，獲取所掛載攝像頭的數據流并轉換成圖片，然后建立一個線程在SurfaceView中頻繁刷新，形成視頻流。

圖3 視頻區域程序流程圖

2.1.2 控制區域

圖4為控制區域所實現的程序流程圖，控制部分主要使用是的Socket協議通信，通過與WIFI模塊進行連接，連接之后根據相應的按鈕發送不同的控制指令。

2.2 機器人下位機

本系統采用80C51單片機作為下位機，其主要作用是負責控制機器人的移動，即控制驅動橋。

圖4 控制區域程序流程圖

因為單字符數據位太少，很容易受到外圍信號的干擾，因此我們自定義了通訊協議，格式如下：

包頭標志位+字節控制指令+包尾標志位

采用以上自定義的數據包形式，可以很好地解決數據的干擾問題。

3 實驗驗證

3.1 實驗平臺

圖6 實驗平臺結構圖

本項目的移動機器人主要組成結構為：WIFI模塊：703N 無線路由；下位機：STC89C52單片機最小系統；驅動模塊：L298N電機驅動板1塊，可以同時驅動兩個電機；通信方式：無線WIFI通信、TTL電平通信；底盤：履帶式移動，自帶2個電機（7.2V，傳動比86.8:1，1km/hr）；電源：1個5V蓄電池，1個12V 3s 鋰電池。

圖6為實驗平臺結構圖。

WIFI模塊系統采用改造后的路由作為WIFI模塊。它可將從客戶端接受到的控制指令完整地轉發給下位機，進而通過下位機控制機器人的移動。

圖7為改造后的WIFI模塊。

圖7 WIFI模塊

3.2 實驗效果

機器人實際運行效果如圖8。

圖中可見圖像反饋清晰；實際操作中，機器人響應速度快，圖像傳輸流暢。

圖8 運行效果圖

4 結語

綜上所述，本機器人使用現有的Android設備作為主控處理器，降低移動機器人的復雜度和成本。通過Socket協議和Http協議實現Android設與機器人之間的通信；下位機控制和視頻流傳輸兩部分開實現，避免了數據交換時產生相互干擾的情況，有利于數據的處理和功能的實現。使用數據包傳輸的方式大大降低了外圍信號的干擾，使機器人運行更加穩定。

[1](美)塞若，Head First Java[M].中國電力出版社，2007

[2]Mark L Murphy. Beginning Android 2[M].人民郵電出版社，2008

[3]David Gourley. HTTP The Definitive Guide[M] O'Reilly Media出版社，2002

[4](美)卡爾弗特，(美)多納霍. Java TCP/IP Socket編程[M].機械工業出版社，2009