MQTT協議在遠程實驗機器人中實現的算法研究

摘要：針對當前實驗教學面臨設備數量有限、成本高昂及使用時空受限等問題，文章結合MQTT與RDP協議，設計并實現了遠程實驗機器人系統，對實現算法進行了詳細探討，同時給出了性能優化建議。該系統以STM32芯片作為核心硬件支撐，不僅集成了實驗設備的預約管理、遠程登錄訪問、精準操控等核心功能，還增添了實時數據采集與視頻監控能力，為用戶提供沉浸式的遠程實驗體驗。實驗驗證，該系統不僅顯著提升了實驗資源的利用效率與靈活性，更打破了傳統實驗教學的物理界限，可廣泛應用于教育培訓、科研實驗、企業培訓等領域。

關鍵詞：遠程實驗機器人；RDP協議；MQTT協議；STM32芯片

中圖分類號：TP242.3 "文獻標志碼：A

0 引言

隨著信息技術和教育技術的快速發展，混合式教學和線上課程已成為主流教學模式之一。然而，很多理工類課程的實驗、實訓又給在線課程的發展提出新挑戰，教師在網絡環境下開展實驗教學非常困難［1-3］。遠程實驗機器人具有通用性、真實性、準確性、網絡化等顯著優勢，是網絡實驗教學發展的新熱點，受到越來越多的關注。

遠程實驗機器人技術是近年來科技發展的重要方向，特別是在醫療、教育和工業領域。基于5G網絡的遠程手術已經在多個領域得到應用，包括微創血管介入手術、腹腔鏡手術以及腦外科手術等［4-5］；在建筑工地等危險作業環境中，遠程實驗機器人可以代替人類進行危險工作，如搬運重物、焊接等，不僅能確保工作質量，還能避免人員受傷；在太空探索中，遠程實驗機器人可以在極端環境下進行科學實驗和數據采集；在學校實驗教學領域，虛擬仿真技術迅速發展，為了提高實驗效果，基于實物實驗的遠程實驗機器人在教育領域中的需求也越來越迫切。

目前實驗機器人面臨的一些問題主要是：（1）成本高。高端的技術往往伴隨著高昂的成本，限制了遠程實驗機器人的普及程度，對于一些預算有限的研究機構或學校來說，購買和維護這類設備可能是一大負擔。

（2）技術挑戰。雖然技術在不斷進步，但在實現高度自主性和精確度方面仍存在不少挑戰。比如，在復雜的實驗環境中，如何讓機器人準確無誤地執行任務，尤其是在須要精細操作的情況下。（3）安全性和可靠性。確保遠程實驗機器人的安全性和可靠性是非常重要的，也是一個須要持續關注的問題。

遠程實驗機器人旨在建設以機器人為支撐的實驗體系，構建以實物為基礎的自主在線實驗平臺，拓展實驗教學的時空性，服務學校教學、科學研究和企業技術培訓等，提高實驗設備的利用率、縮小不同區域教學資源差距，滿足自主學習、終生學習等方面的社會需求，提升實驗教學的深度與廣度。

本文提出結合MQTT與RDP協議實現遠程實驗機器人方案，具有成本低、模塊化、安全可靠、實用性強的優勢。

1 基本理論

遠程實驗機器人系統整體架構由客戶端、反向代理服務器、實驗主機、實驗機器人、實驗設備5部分組成，遠程實驗機器人系統整體架構如圖1所示。

用戶在終端通過客戶端應用程序訪問遠程實驗機器人系統，遠程完成相關實驗操作與數據獲取；反向代理服務器實現內網穿透，接收互聯網上的連接請求，然后將這些請求轉發給內部網絡上的實驗主機，將從內部主機上得到的結果返回給互聯網上請求連接的客戶端；實驗機器人、實驗主機與實驗設備，構成一個可以通過網絡訪問的實驗主系統，提供給遠程實驗者以身臨其境的方式對真實實驗設備進行操作，實驗環境與實驗結果具有真實性、精確性。

用戶在終端通過客戶端軟件輸入用戶名、密碼，驗證后登錄到客戶端，根據預約時間，采用RDP協議遠程登錄到實驗主機桌面；實驗者可以將編寫好的實驗程序通過客戶端采用TCP協議傳遞到實驗主機上；然后在實驗主機上選擇開發環境，編寫程序、下載程序、運行調試程序，通過操控機器人對實驗設備進行交互操控；用戶可以通過實驗主機的視頻采集程序觀看實驗現象；實驗者通過執行相關命令，遠程操控實驗機器人，采集傳感器數據、操控機械手，完成實驗過程；實驗設備是完成實驗教學的真實實驗設備，跟實驗課程相配套，可以根據課程選擇不同的實驗設備。

實驗者利用遠程實驗機器人系統能夠自主執行實驗任務，極大地降低了管理員的工作量，用戶可以根據需要隨時隨地進行實驗，增加了實驗者完成實驗的自由度和方便性。

1.1 遠程實驗機器人技術

遠程實驗機器人是指集成了物聯網技術、機器人技術的實驗平臺，這種機器人通過感知環境、處理數據、執行動作等方式，實現對實驗設備的智能化、自動化的操作。20世紀50年代，隨著計算機技術和自動化技術的發展，可編程控制器開始應用于工業生產，這為輔助實驗機器人的誕生提供了技術基礎。1954年喬治·德沃爾申請可編程機器人手臂專利，標志著可編程機器人在工業領域的初步應用，也為輔助實驗機器人的發展奠定了基礎。輔助實驗機器人不局限于生物學和化學領域，還將在物理、工程學等多個學科中發揮作用，成為實驗室中不可或缺的重要工具。

1.2 MQTT協議

1.2.1 MQTT協議簡介

發布/訂閱型的消息協議（Message Queuing Telemetry Transport，MQTT）基于ISO 標準（ISO/IEC PRF 20922）［6］，工作在TCP/IP協議族上，具有輕量、簡單［7-8］、開放和易于實現的特點，提供對 QoS［9］的支持。該協議通過TCP協議并使用 SSL/TLS來確保安全［10-13］。這些特點使它廣泛應用于物聯網、機器與機器等領域［14-15］。

1.2.2 MQTT通信協議模型

MQTT 協議的基本架構包括客戶端：發布消息或訂閱主題的設備；服務器：提供發布和訂閱服務的MQTT代理；主題：客戶端發布或訂閱的消息類別；訂閱：客戶端訂閱的主題和相關的返回等級［16-17］。通信模型如圖2所示。

1.2.3 MQTT協議通信過程

MQTT是建立在TCP/IP協議上的應用層協議，使用TCP作為傳輸層協議，確保了數據包的順序傳輸、錯誤檢測和重傳機制，從而提供了可靠的數據傳輸服務。該協議通過交換預定義的MQTT控制報文來通信，協議通信流程如圖3所示。

（1）連接：服務器在收到Connet報文后，服務端進行驗證。

（2）發布：客戶端使用Publish報文發送應用消息給服務端，目的是分發給其他訂閱了相同主題的客戶端。

（3）訂閱：客戶端要想接收消息，首先要訂閱該消息的主題。當有客戶端向該主題發布消息后，訂閱了該主題的客戶端即可接收到消息［18-20］。

1.3 遠程桌面協議

1.3.1 遠程桌面協議簡介

由微軟公司開發的遠程桌面協議（Remote Desktop Protocol，RDP），是一個多層虛擬通道通信協議，它在一個TCP連接中虛擬出若干個通道，分別進行各種信息的傳輸，支持32位彩色和64000個獨立的數據傳輸通道。在安全性方面，RDP協議支持多種加密算法和安全措施［21］，如支持使用高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）加密算法對傳輸數據進行加密；通過傳輸層安全性協議（Transport Layer Security，TLS），RDP可以建立加密的通信通道，保護數據傳輸過程中的安全性；支持網絡級身份驗證。

1.3.2 遠程桌面協議工作原理

RDP協議的層次結構涉及多個網絡協議層，RDP協議層次結構如圖4所示。

（1）RDP層：是RDP協議的最上層，處理客戶端與服務器之間交互的真正數據。

（2）SEC層：用于對所有的功能數據進行加密和解密處理，確保數據傳輸安全性。

（3）MCS層：用于拆分標示不同虛擬通道的數據，每個虛擬通道可以獨立傳輸特定的數據類型（如圖像、聲音、設備信息等）。

（4）ISO層：該層數據包會添加ISO層的包頭信息，以遵循ISO標準的數據傳輸格式，為上層提供可靠的數據傳輸服務。

（5）TCP層：負責建立和維護與遠程服務器之間的TCP連接［22-23］。

1.3.3 遠程桌面協議連接過程

遠程桌面協議的連接過程主要按以下9個階段依次進行：連接啟動、基本設置交換、通道連接、安全啟動、安全設置交換、許可、功能交換、連接終結、數據交換。RDP連接過程如圖5所示。

1.3.4 遠程桌面協議性能優化策略

RDP速度優化策略包括降低色彩位深、減少分辨率、開啟顯卡加速以及 H264 編碼、同時使用UDP和TCP，通過這些設置，能有效增加網絡穩定性和傳輸速率，解決由帶寬低引起的卡頓問題，帶來流暢的體驗。

2 遠程實驗機器人算法設計

RDP協議主要用于遠程登錄與操作，提供了客戶和服務器之間的連接，使得用戶可以通過網絡遠程訪問實驗主機，完成相關實驗操作。MQTT協議是一種輕量級的發布/訂閱消息協議，非常適合在物聯網環境中使用，在該系統中，MQTT協議的應用體現在消息傳遞與控制上，控制機器人的機械手及傳感器的數據采集等。

2.1 RDP遠程桌面

AForge是一個.NET平臺下的開源計算機視覺和人工智能庫，廣泛用于計算機視覺和人工智能的應用領域，涵蓋圖像處理、視頻處理、機器學習、人臉識別、手寫數字識別、物體識別等方面，RDP客戶端算法流程如圖6所示。

（1）AForge.Controls提供了與圖像處理、視頻處理相關的控件和工具類，通過MsRdpClient6Not SafeForScripting類初始化RDP對象，通過該對象的屬性設置實驗主機的主機名、IP、端口號，端口3389是Windows遠程桌面服務的標準端口號。

（2）設置RDP縮放顯示以適應控件的工作區；設置組件顯示區域的寬度、高度，作為遠程實驗主機的顯示區域。

（3）設置連接的安全策略，為此連接啟用 CredSSP。

（4）啟動并連接RDP主機，設置高DPI支持，以適配本地顯示器分辨率，顯示遠程主機桌面。

（5）關閉連接、釋放資源。

2.2 客戶端MQTT控制算法

M2Mqtt 是 C# MQTT 客戶端庫，通過 NuGet 安裝該庫以在 C# 項目中使用。該庫封裝了MQTT協議，可以通過該類的實例，實現MQTT協議的通信。算法流程如圖7所示。

（1）進行窗體的初始化，然后通過配置Broker、Port、userName、passWord、 ClientID、心跳間隔用以初始化MQTT實例。在這里須要設置心跳包時間，而由MQTT組件完成心跳包的維護，心跳包時間間隔是遠程連接時須設置的參數，告知服務端在此期間發送心跳包給服務端，超過這個時間，如果沒有客戶端的消息，服務端會關閉跟客戶端的連接。最后，遠程登錄MQTT服務器。

（2）在MQTT服務器端，須配置好信息轉發機制以及配置好發布與訂閱的關系，也就是消息發送方和接收方的綁定關系，當消息到來后，根據綁定關系進行轉發。

（3）窗體程序進入事件檢測階段，機器人遠程控制信息以事件方式，例如按鈕單擊、滑動條調節環境亮度等，通過MQTT協議發布消息的形式，發送給MQTT服務器。

（4）MQTT實例提供了信息回調接口，獲取訂閱主題的消息、MQTT服務器發來的運行狀態等消息。

2.3 機器人MQTT算法

機器人采用STM32微控制器，將MQTT協議移植到STM32上，設備能夠實現與服務器或其他設備遠程通信，基于C語言的MQTT庫，須要配置相應的網絡堆棧，將MQTT庫集成到STM32項目中，根據庫的文檔進行必要的配置。程序算法流程如圖8所示。

（1）設置MQTT服務器的地址、端口、客戶端ID、用戶名和密碼等，使用MQTT庫提供的API編寫代碼，建立與Broker的MQTT連接。

（2）接收訂閱消息，這些代碼會嵌入STM32應用程序，在主程序中通過串口反復讀取ESP8266模塊接收到的數據，解析JSON格式并更新機器人狀態。

（3）發布主題消息，在主程序中生成消息的JSON格式后，對報文進行發送，以實現與遠程設備的通信。

（4）對MQTT通信進行調試和優化，以確保數據傳輸的穩定性和效率，這涉及調整MQTT參數、優化網絡堆棧配置、處理網絡中斷等問題。優化措施包括盡量精簡MQTT消息的內容，只傳輸必要的數據；可以考慮使用壓縮算法來減小消息的大小；根據實際應用場景，調整MQTT連接參數（如QoS等級、心跳間隔等）和網絡堆棧配置（如TCP/IP參數、緩沖區大小等），以提高數據傳輸的穩定性和效率；在代碼中添加異常處理邏輯，以應對網絡中斷、MQTT連接失敗等異常情況，可以考慮使用重連機制來恢復MQTT連接。

（5）斷開連接、釋放資源，關閉系統。

3 算法實現與分析

3.1 實驗環境

3.1.1 硬件環境

硬件環境包括實驗機器人、客戶端主機、RDP實驗主機、反向代理服務器等。其中實驗機器人包括主控板、傳感器、執行器等，反向代理服務器要配置好轉發規則，實驗主機、客戶端推薦酷睿七代I5以上或性能相當的PC，保證通信與數據處理的高性能。

3.1.2 軟件環境

實驗主機和客戶端運行在WIN10以上系統，同時須在實驗主機上開啟RDP遠程登錄服務，RDP協議版本為10，MQTT 協議版本為3.1.1；在機器人上運行機器人控制系統程序，在客戶端上運行客戶端程序，實驗主機運行文件傳遞與攝像頭監控程序；安裝MQTT代理服務器，配置MQTT主題、權限。

3.1.3 網絡配置

配置機器人IP地址、子網掩碼等網絡參數，確保機器人能夠接入網絡；在設備管理服務器上設置實驗主機的IP地址、用戶名和密碼等參數；配置MQTT代理服務器的地址和端口，確保機器人和客戶端都能連接到MQTT代理服務器。

3.2 功能測試

該遠程實驗機器人系統涉及多個層面的技術整合與應用，其中RDP遠程桌面測試內容主要包括遠程桌面登錄、操作、數據傳輸與顯示、流暢性、穩定性、安全性等；而MQTT協議測試包括消息發布與訂閱、MQTT Broker分發、消息服務質量測試等，通過“嵌入式系統設計開發”課程的教學應用，遠程實驗機器人能夠順利完成相關實驗，系統運行穩定，實現了實驗教學的目標。

3.3 性能測試

3.3.1 RDP遠程桌面協議

在1920×1080分辨率且單一監視器的條件下，RDP在不同圖形模式下的帶寬需求有所不同。當處于默認圖形模式時，用戶使用Microsoft Word時帶寬為100～150 kbps，如果只是進行簡單的文字處理、程序編寫等常規實驗任務，帶寬占用相對較低，例如，在1～2 Mbps 的帶寬下可能就可以較為流暢地進行操作。當播放視頻、音頻等多媒體內容時，帶寬占用會大幅增加，視頻的分辨率、幀率、位深以及音頻的質量等因素都會對帶寬需求產生影響，若觀看已最大化為全屏的30 FPS視頻時為7.5～8.5 Mbps。而在H.264/AVC 444圖形模式下，使用Microsoft Word時約200～300 kbps，觀看同樣的30 FPS全屏視頻為2.5～3.1 Mbps。較高的屏幕分辨率、幀速率意味著須要傳輸更多的像素數據，例如，從 1080P（1920×1080 像素）分辨率提升到 4K（3840×2160 像素）分辨率，帶寬占用可能會增加數倍；同時，若支持更高的色彩深度（如 32 位真彩色對比 8 位色）會使每個像素的數據量增大，從而增加帶寬占用。

3.3.2 MQTT通信協議消息傳輸測試

以客戶端控制機器人機械手為例，測試MQTT通信協議消息傳輸時間延遲，編寫客戶端測試程序，在客戶端發布主題數據時，攜帶當前發送時間數據，記錄為T1，用Wireshark抓包工具查看機器人端ESP8266通信模塊的訂閱信息包的接收時間并記錄為T2，延遲時間設為D，則D=T2-T1。測試條件在QoS1的服務質量下進行，通過客戶端發布消息經由Broker轉發給機器人端，本測試共進行10次實驗，每次實驗時間為1 min，實驗結果如圖9所示。

4 遠程實驗機器人系統實現步驟

4.1 總體設計

該系統主要包括機器人系統、客戶端程序、實驗主機程序等，系統完成過程包括需求分析、總體設計、詳細設計、編碼、測試等。

4.2 機器人系統

系統硬件核心采用STM32芯片，通過MQTT通信協議與客戶端進行交互信息，功能包括機器手控制部分、周圍環境的數據采集、對實驗主機進行管理等。為了滿足不同學科、不同實驗需求，實驗機器人系統要同時具有良好的軟硬件擴展性和兼容性，可以支持多種類型的實驗設備，通過軟件系統升級和模塊擴展來適應新的實驗項目和教學內容，機器人系統功能結構如圖10所示。

4.3 客戶端程序

客戶端程序主要實現用戶登錄與預約、遠程桌面、文件傳遞、機器人交互。用戶通過客戶端注冊用戶，管理員在后臺服務器審核用戶信息，審核通過后 "用戶可以預約實驗時間及設備，預約成功后，可以在預約的實驗時間段內，通過客戶端遠程登錄到實驗主機；文件傳輸功能用于實驗程序文件的上傳與下載，采用客戶端、服務器結構，以TCP協議進行傳遞，適用更廣泛，更易于部署；實驗者把待運行、調試的程序上傳到實驗主機后，通過打開實驗主機中的開發環境，運行或者調試上傳的程序。實驗者與機器人信息交互采用MQTT協議傳輸，用該協議完成實驗設備交互控制與信息采集，比如按鍵按下、給濕度傳感器加濕、調整光照亮度、采集溫度等。

4.4 實驗主機程序

Windows系統的實驗主機要開啟遠程桌面服務，這樣客戶端程序才能遠程登錄；同時，客戶端通過遠程登錄的形式，打開實驗主機的視頻采集及文件傳遞服務端程序，用于觀看實驗設備及上傳下載實驗用到的文件，視頻采集功能采用Windows系統的攝像頭方案。

4.5 調試與分析

記錄實驗過程中的關鍵數據和現象，包括RDP連接時間、帶寬占用情況、MQTT消息傳遞延遲、機器人響應時間等，評估MQTT結合RDP協議在機器人遠程監控與控制中的性能和可靠性。

5 系統實現效果

客戶端采用RDP方式遠程登錄到實驗主機，用于實現遠程桌面的訪問和控制，實時查看實驗軟件操作界面，編寫、編譯、下載程序到實驗設備，可以通過實驗主機端的視頻監控程序觀看實驗設備運行效果。機器人采用MQTT協議操控實驗設備、改變周圍環境與采集傳感器數據，完成相關實驗。該實驗機器人系統提供了多種實驗課項目，可以自主預約，使用直觀、交互友好，給教師與學生提供了良好的實驗環境，極大地擴展了實驗教學的空間和時間限制，方便了實驗課教學的實施。客戶端登錄、預約運行效果如圖11所示，RDP登錄、機器人操控運行效果如圖12所示。

采用RDP結合MQTT通信協議的遠程實驗機器人在嵌入式系統開發實驗教學中取得了良好的實現效果，學生不僅能夠遠程參與實驗，還能實時觀察實驗過程、分析實驗結果，與教師和其他同學進行交流和討論。這種教學模式不僅提高了學生的學習興趣和參與度，還培養了實踐能力和創新思維［24］。同時，教師也能夠更加高效地管理和指導實驗［25］，提高了教學質量和效率。

6 結語

本研究設計并實現了采用MQTT結合RDP通信協議實現的遠程實驗機器人系統，展現了遠程實驗機器人在提升實驗效率、增強了實驗精確性以及保障實驗安全方面的巨大潛力。實驗驗證了該系統在實驗教學中的有效性，不僅顯著降低了實驗人員的勞動強度、方便了實驗者使用實驗設備，還提高了實驗者自主學習能力。展望未來，隨著技術的不斷進步和實驗需求的日益增長，遠程實驗機器人系統有望在更多科研領域發揮重要作用。

參考文獻

［1］肖瑾，趙承韜，胡曉光，等.電氣技術實踐課程“虛實結合”的探究式教學改革及實踐［J］.實驗技術與管理，2021（3）：219-224.

［2］孟霆，張曉峻，車雪峰，等.基于Proteus軟件的單片機課程線上教學探索［J］.實驗室研究與探索，2021（11）：184-188，214.

［3］程思寧，耿強，姜文波，等.虛擬仿真技術在電類實驗教學中的應用與實踐［J］.實驗技術與管理，2013（7）：94-97.

［4］黃旭華，徐金明，王新，等.智能化胸外科專科專病機器人的研發與前景［J］.中國胸心血管外科臨床雜志，2022（9）：1210-1216.

［5］AUNG Z M，CHEN X， XU C，et al.Model experimental study of man-machine interactive robot-assisted craniotomy［J］.Journal of Craniofacial Surgery， 2020（3）：925-930.

［6］趙靖，王如武，周皓.基于NS-3的MQTT協議仿真研究［J］.計算機工程與應用，2021（23）：137-145.

［7］侯敏，劉倩，楊華勇，等.基于MQTT協議的海洋觀測數據推送系統［J］.計算機工程與應用，2019（20）：227-231.

［8］盛祥，布圖格其，王彥博.基于MQTT的分布式多任務星載應用消息交互方案［J］.無線互聯科技，2023（17）：4-6，11.

［9］高亭.基于MQTT協議的物聯網溫室實時數據采集和可視化系統［J］.無線互聯科技，2023（12）：50-52.

［10］孔祥龍，王燕.適用于低成本物聯網終端的消息通信協議比較研究［J］.無線互聯科技，2015（16）：49-52.

［11］徐繪凱，劉躍，馬振邦，等.MQTT安全大規模測量研究［J］.信息網絡安全，2020（9）：37-41.

［12］劉澤超，梁濤，孫若塵，等.基于國密算法的MQTT安全機制研究與實現［J］.計算機科學，2024（2）：333-342.

［13］曹小華，李泊桓，徐上尉.基于MQTT協議的物聯網岸電監控系統［J］.計算機應用與軟件，2023（3）：11-16，27.

［14］劉海濤，祁升龍，蘆翔，等.基于MQTT的配電終端多核處理器核間通信設計［J］.電子器件，2022（5）：1207-1213.

［15］向晟，崔永俊.基于MQTT和微信小程序的火工品倉庫監測系統［J］.電子器件，2022（1）：209-214.

［16］馬鑫龍，艾冬生，孫發魚，等.基于MQTT的遙測數據無線傳輸［J］.探測與控制學報，2020（2）：61-64.

［17］梁志勛，施運應，覃有燎，等.基于MQTT協議的智慧農業大棚測控系統研究［J］.北方園藝，2020（23）：161-171.

［18］孔垂躍，陳羽，趙乾名.基于MQTT協議的配電物聯網云邊通信映射研究［J］.電力系統保護與控制，2021（8）：168-176.

［19］郭翠娟，暴寧，榮鋒.基于MQTT的物聯網平臺研究與設計［J］.計算機工程與設計，2022（8）：2378-2384.

［20］陳文藝，梁寧寧，楊輝.基于MQTT的物聯網網關雙向通信系統設計［J］.傳感器與微系統，2022（8）：100-103.

［21］羅鵬，祝躍飛.Windows下RDP協議的安全性［J］.計算機工程，2007（20）：145-147.

［22］羅勱.基于RDP協議的安全方案研究與實現［D］.成都：電子科技大學，2012.

［23］喬俊峰.RDP協議的代理與轉發的研究與實現［D］.北京：華北電力大學，2015.

［24］TZAFESTAS C S， PALAIOLOGOU N， ALIFRAGIS M .Virtual and remote robotic laboratory： comparative experimental evaluation［J］.IEEE Transactions on Education，2006（3）：360-369.

［25］龍巧玲，牛德雄，林利云.基于OneNET云平臺與物聯網MQTT協議的智慧節能控制系統［J］.計算機測量與控制，2021（7）：127-130，135.

（編輯 沈 強編輯）

Research on the algorithm implementation of MQTT protocol in remote experimental robots

HU" Hongqiang1，2，3， WANG" Yongchang1，2，3， SONG" Yufei1，2，3

（1.College of Future Information Technology， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China;

2.Hebei Internet of Things Intelligent Perception and Application Technology Innovation Center，

Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China; 3.Hebei Key Laboratory of IoT

Blockchain Integration， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

Abstract： In response to the bottleneck problems faced by current experimental teaching， such as limited equipment quantity， high cost， and limited usage time and space， the article proposes to design and implement a remote experimental robot system by combining MQTT and RDP protocols. The implementation algorithm is discussed in detail， and performance optimization suggestions are provided. The system is supported by STM32 chip as the core hardware， which not only integrates core functions such as reservation management， remote login access， and precise control of experimental equipment， but also adds real-time data collection and video monitoring capabilities， providing users with an immersive remote experimental experience. Through experimental verification， the method not only significantly improves the utilization efficiency and flexibility of experimental resources， but also breaks the physical boundaries of traditional experimental teaching， and can be widely applied in fields such as education and training， scientific research experiments， and enterprise training.

Key words： remote experimental robot; RDP protocol; MQTT protocol; STM32 chip