基于Android的移动机器人开发

马琼雄 邱育波 文宗明

1.华南理工大学广州学院工程研究院机器人应用研究所，广东省广州市 510800

2.华南理工大学广州学院机械工程学院，广东省广州市 510800

引言

Android系统是目前移动设备市场占有率最高的操作系统，由于其为开源系统，所以各大移动设备厂商都对它情有独钟。

文中所述移动机器人开发方案，采用WIFI通讯方式，使用现有的Android设备作为主控处理器，运用Socket协议、HTTP协议对信号进行处理，不需计算机即可现实通讯，降低移动机器人的复杂度和成本，操作简单，实用性高。

文章第二部分介绍系统整体结构；第三部分是对系统各部分进行详细介绍；第四部分展示利用系统进行实验的效果；最后是总结。

1 整体结构

本系统由Android客户端及机器人两大部分组成，两者间以WIFI信号的形式进行通信。整体结构如图1整体结构图所示,硬件部分主要由机器人本体、WIFI模块、单片机系统、电源模块组成。软件部分包含程序的编写通讯模块及界面设计，本系统文所提出的方案适用于任何一款使用Android系统且带WIFI收发功能的移动设备。

图1 整体结构图

2 机器人组成

2.1 Android客户端

Android客户端主要使用Java语言作为编程语言，通过Socket协议和Http协议实现与机器人的通讯，其中分为两大部分，一是视频采集部分，二是机器人控制部分，其中视频部分采用的是Http协议，而控制部分采用的则是Socket协议，将两部分开实现，避免了数据交换时产生互相干涉的情况，有利于数据的处理和功能的实现。

图2为客户端使用界面，左边是控制区域，右边是视频区域。

图2 客户端使用界面

2.1.1 视频区域

视频区域主要使用的是HTTP协议，连接作为服务器端的WIFI模块，获取所挂载摄像头的数据流并转换成图片，然后建立一个线程在SurfaceView中频繁刷新，形成视频流。

图3 视频区域程序流程图

2.1.2 控制区域

图4为控制区域所实现的程序流程图，控制部分主要使用是的Socket协议通信，通过与WIFI模块进行连接，连接之后根据相应的按钮发送不同的控制指令。

2.2 机器人下位机

本系统采用80C51单片机作为下位机，其主要作用是负责控制机器人的移动，即控制驱动桥。

图4 控制区域程序流程图

因为单字符数据位太少，很容易受到外围信号的干扰，因此我们自定义了通讯协议，格式如下：

包头标志位+字节控制指令+包尾标志位

采用以上自定义的数据包形式，可以很好地解决数据的干扰问题。

3 实验验证

3.1 实验平台

图6 实验平台结构图

本项目的移动机器人主要组成结构为：WIFI模块：703N 无线路由；下位机：STC89C52单片机最小系统；驱动模块：L298N电机驱动板1块，可以同时驱动两个电机；通信方式：无线WIFI通信、TTL电平通信；底盘：履带式移动，自带2个电机（7.2V，传动比86.8:1，1km/hr）；电源：1个5V蓄电池，1个12V 3s 锂电池。

图6为实验平台结构图。

WIFI模块系统采用改造后的路由作为WIFI模块。它可将从客户端接受到的控制指令完整地转发给下位机，进而通过下位机控制机器人的移动。

图7为改造后的WIFI模块。

图7 WIFI模块

3.2 实验效果

机器人实际运行效果如图8。

图中可见图像反馈清晰；实际操作中，机器人响应速度快，图像传输流畅。

图8 运行效果图

4 结语

综上所述，本机器人使用现有的Android设备作为主控处理器，降低移动机器人的复杂度和成本。通过Socket协议和Http协议实现Android设与机器人之间的通信；下位机控制和视频流传输两部分开实现，避免了数据交换时产生相互干扰的情况，有利于数据的处理和功能的实现。使用数据包传输的方式大大降低了外围信号的干扰，使机器人运行更加稳定。

[1](美)塞若，Head First Java[M].中国电力出版社，2007

[2]Mark L Murphy. Beginning Android 2[M].人民邮电出版社，2008

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

[4](美)卡尔弗特，(美)多纳霍. Java TCP/IP Socket编程[M].机械工业出版社，2009