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在线期刊刊号1848-3380，打印期刊刊号 0005-1144

2015年56卷第3期,281–291页

玛雅米·卢托瓦茨·班杜卡

基于Android设备和Wi-Fi通信的远程监控工业机器人

原始科学论文

摘 要 机器人控制系统通常是复杂的系统，其用户必须训练有素得使用它们。此外，控制过程主要是靠近机器人或通过有线连接进行。为此，我们有必要提出一种新的方案，该方案可以使得用户在远程就方便直观的进行机器人的控制，容易调整和机器人运动任务同时监测。基于Android开发的设备是具有开放式架构和永久的互联网连接功能强大的移动设备，可以被应用到解决问题。本文提到了远程监控 、基于Android设备和Wi-Fi通信，通过观察其三维模型的运动或运动轨迹，同时检测机器人的远距离运动，提供了直观的机器人控制系统。新运动任务的简单定义和他们的重新定义是通过所谓的“快速拨号”模式和手动机器人提供指导，手动控制模式提供。提出的解决方案简化了人力和机器人的运动控制的情况下，工业机器人和跟踪在远程位置之间的相互作用。

关键词：机器人，远程监控，机器人控制，无线

1.导论 归功于移动设备的便携性和使用上的高效率，其使用人数正在不断增长。有预测它们的使用在未来三年内将持续上升，针对智能手机和平板电脑等移动应用开发项目将通过比例多于本地PC项目，比率达到4：1。

在过去的几年中，基于Android操作系统的移动设备应用于许多领域，主要是由于生产的低价和不断适应的可能性。它们在电视，互联网应用，媒体播放器以及甚至用于汽车工业。安卓操作系统是谷歌开发的基于内核的开源操作系统。Android手机和平板电脑提供了许多有用、容易的服务和应用，如GPS导航的使用，加工范围广文本文档（PDF，Word）中，基于Web的应用程序（电子邮件，Facebook的），或电话的工具经由因特网调用。

采用Android技术的工业机器人的控制系统，可以更加直观和有效控制和监督机器人的工作，甚至可以进行远程操作。iOS平台必须有一台苹果设备，并支付每年的会员费为获取官方文件，而谷歌提供免费的技术支持和文档的访问。应用程序的开发可以独立于操作系统的执行，可免费用于开发、开发环境和支持公用事业。本文介绍了远程控制和使用Android设备和Wi-Fi通信的工业机器人监控系统。该系统包括Android操作系统和实时控制系统。机器人的实时控制和Android设备的系统之间的通信的无线，它提供了用户的位置独立性。实时控制系统是基于实时Linux平台和OROCOS库，它是用MOTENC板的机器人连接。所开发的系统可以在两种工作模式运行：控制模式和监控模式。在控制模式中，系统通过Android移动电话的图形用户界面实现对工业机器人运动的遥控。遥控器通过点击触摸屏，并使用3D机器人模型或以下的机器人的末端执行器的轨迹和监测内的所需运动任务命令执行。新的运动任务可以被定义或在图形用户界面内重新确定，他们可以被分配到所需的命令按钮提供的那些运动任务“快速拨号”，以这种方式提出的解决方案显著简化人与机器人之间的交互。监视模式允许在实时机器人的运动的远程监控，用三维工业机器人模型或基于在三维空间中的机器人的末端执行器的轨迹，也可应用于Android电子设备。第2节进行相关工作说明。第3节，提出的系统的概况，本节中也描述了Android的应用系统的实现、工业机器人萝拉50、远程通讯及其结构、实时控制系统的功能和3D建模。开发的系统，并取得成果的应用，显示于第4节。关于相对于现有问题所提出的解决方案优点的讨论，在第5节中给出。结束语在第6节给出。

1. 相关工作

2.1 基于PC的应用机器人

机器人制造商、许多独立的独立软件供应商和广大用户使用开发商和系统集成工具，可以设计和模拟自己的制造业项目图形环境。ABB机器人中的RobotStudio是离线机器人编程和仿真工具，使机器人编程在PC上，而不需要中断生产。Roboguide是PC在机器人的工作环境的模拟的工具，能够检查机器人和其他物体之间的干扰，通过仿真来控制不同的操作，并监测所述机器人的当前状态。库卡机器人系统上创建了3D布局的库卡机器人SimPro仿真软件。

2.2 无线通信

除了Android设备，其它智能设备也可提供不同的通信接口，如Wi-Fi，蓝牙，USB，以及不同类型的集成传感器，如加速计，陀螺仪，指南针和GPS。目前的无线场景是由两个标准，蓝牙和IEEE802.11（无线网络）协议，它定义了物理层和用于在短操作距离无线通信的媒体访问控制（MAC）（从几到保持几百米）中，用低功耗。蓝牙主要面向紧密连接的设备之间的连接，为数据传输线的替代品。 IEEE802.11致力于计算机之间的连接，作为扩展或替代有线局域网。信息传输时，两个或更多的装置，其邻近彼此距离和速度不是问题，如电话，打印机。调制解调器和耳机之间传送信息时（从10 cm至最高10米），蓝牙技术是可行的。WiFi功能比蓝牙更快的连接，更好的范围从基站，以及更好的安全性。这两个无线协议比较特性在表1中给出。

因为要实现一个应用程序，使工业用机器人的控制在一个很大的距离，同时实际中可以是不可见的，并在那里监测通过三维模型的移动或通过绘制其端部执行器的轨迹实时取得的情况下，有必要的时间，所以选Wi-Fi IEEE 802.11协议实施。

表1 蓝牙和Wi-Fi协议的比较

2.3 Android设备在机器人中的应用

超过智能手机机器人控制，并使用蓝牙通信有几种实现方法。参考文献[16]描述了使用Android设备和蓝牙的多关节型机器人的通讯系统。本文介绍了通过蓝牙或USB连接，在LEGO MINDSTORMS NXT系统遥控器使用Android设备。参考文献[18]描述了如何通过蓝牙通信，其包括控制机器人的基于地图模式下使用移动装置来控制机器人。

参考文献[20]提出了机器人手臂的遥控的一个基于智能手机的人机界面，该解决方案采用了加速计和智能手机的指令生成和Wi-Fi协议进行通信的陀螺仪。在通信传送的消息是ASCII字符串。监测通过显示所有传感器的实时数据，机器人的位置以及其他显著参数作为文本的值提供。

这个Android系统包括一个表示客户机并用的混合应用相结合的SOAP网络服务控制信息和插座通信机制从机器经由无线网络发送和接收到及时的更新反馈数据在Windows Web服务器。所开发的混合应用，使实时过程数据更新在30毫秒率，监测是通过使用三维可视化的动画机器的实时操作获得的。控制是通过填写文本框或通过与Android设备的触摸屏发送的移动方向上进行。更直观的人机界面，这将有利于机器人任务编程，具有重要意义。

3.系统确定

3.1 系统概述

进行远程监控和基于Android的Wi-Fi通信的使用的工业机器人是在萝拉研究所研制的控制系统。该系统所提出的结构示于图一。

该系统可以在两种工作模式下运行：控制工作模式和监控工作模式。在控制工作模式提供了一种通过使用Android移动装置的图形用户界面实现工业机器人的无线控制。该控制可以通过“快速拨号”运动程序选择通过标准运动编程或手动模式控制下进行。在“快速拨号”运动程序的选择可以在Android应用程序中通过设备的触摸屏来获得，在“快速拨号”的运动任务可以定义和使用的机器人运动指令所需的设定重新定义。运动的任务，执行文件，在目标代码（运行文件）的形式的选择之后，被发送到实时系统。实时系统解释写入对象代码指令并管理根据该节目内容的机器人运动。Android应用程序包含运行文件数据库。运行文件是包含算法在萝拉研究所研制的工业机器人路径规划的执行而得到的参数的运动计划。运行文件是基于指定运动型，运动速度，加速度运动和内部坐标表示的位置，机器人编程GUI中的运动任务编程和重新定义Android客户端上的运动指令产生的。

Android移动设备和实时控制系统使用Wi-Fi802.11技术连接到网络中，通信使用TCP / IPv4协议和Socket通信机制来实现。实时控制系统被连接到使用MOTENC板的机器人中，它执行发送所希望的位置给机器人和读取取得从编码器机器人的位置。

图1.基于Android的设备和Wi-Fi通信进行远程监控和工业机器人的控制系统开发结构

GL表面

开放GLES

控制活动

图形用户界面

服务

插座

Android应用

客户

插座

手动模式Activity

主要活动

实时系统

伺服控制器

Real-time Linux Platform

监视活动

3D机器人模式l

GLSurfaceView

几 何

基 元

组件

IEEE 802.11

MOTENC

OpenGL ES

GLSurfaceView

端部执行

弹 道

控制任务

Qt库

插值

GUI

计划活动

目标代码编译器

运行文件数据库

插 补

运 动 学

机器人接口

OROCOS OCL

OROCOS RTT

客户插座

运行

3.2 Android应用开发

对于Android应用程序的Android/ Java编程语言的实现使用，使用Eclipse SDK作为开发环境。该应用程序为Android操作系统2.3.3（API10级）版本开发的，对于实验测试Android手机华为G300使用。

在控制工作模式的Android设备代表的客户端。客户端是通过采用Socket通信机制和Java编程语言实现，它代表Android应用程序的一部分。图形用户界面，通过使用Java编程语言和XML文件来实现。由点击相应的按钮，图形用户界面生成的事件被连接到功能发送命令和数据到服务器。消息可被发送到服务器可以是控制消息（在控制活动定义）和消息对机器人的手动定位（在手动模式下活动定义）。控制消息是启动或停止机器人的工作和消息机器人运动任务的执行（运行文件）的消息。有机器人的运动任务的执行几个“快速拨号”消息，他们每个人都连接到从运行文件数据库中相应的运行文件。运行文件包含的具体机器人的运动任务的执行参数以及它们在实时系统中执行。运行文件的参数基于算法，这是在萝拉研究所研制的工业机器人的运动获得。有需要的指令，指定的运动类型，速度，加速度和位置的一个新的运行文件可以计划活动的GUID中定义。目标代码编译器翻译指定运动参数到运行文件，并将其放置到运行文件数据库。控制活动GUI中适当的快速拨号控制按钮可生成运行文件关联，这样就能够快速和简单的选择工业机器人的运动任务并执行。手动定位消息包含关于轴数和运动方向的信息，并且它们在手动模式活动中定义的。

在监控工作模式的Android设备代表一个服务器。服务器通过采用Socket通信机制和Java编程语言实现，并代表Android应用程序的一部分。该监测可通过使用机器人洛拉50的3D模型，并通过使用机器人的末端执行器

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