项目四：基于互联网的远程可视控制多功能移动平台
本项目主要分为三部分：平台模块、功能模块和远程控制终端。平台模块通过互联网与远程控制终端交换指令和信息，并控制功能模块获取数据、执行特定动作，实现远程即时人机互动的目的。
平台模块使用树莓派卡片式计算机作为主控器，使用互联网与控制终端进行连接，并使用短距离蓝牙与功能模块进行连接。平台模块除了作为远程控制终端连接功能模块的桥梁外，还可以将嵌入的摄像头采集到的视频以逐帧图片的形式反馈给控制终端，在控制终端合成为即时视频。同时平台模块与控制终端设有双向音频传输，以达到交流的目的。
控制终端是一个软件，负责与用户进行交互，把平台模块经初步处理过后的数据再次进行整理、排列，以易于用户阅读的方式显示在屏幕上，并给用户提供一个易用的、控制系统的接口。
功能模块是实现系统功能的主要部件，包括机械手、传感器等。不限数量的功能模块可以同时通过蓝牙与平台模块连接，只有供电系统是通过实体导线完成，这样可以方便不同功能模块的替换工作。
在日常生活中，有这么一种情况：人经常需要去远距离的地方办事，但是又由于种种原因不能或不方便离开。为了解决这个问题，我们有了一个想法，如果在那边常驻一个机器来完成工作，这样使用者就不需要亲自前往那个地方，可以远程完成任务，同时还有娱乐性。于是，经过对这个需求的讨论，我们设计出了这个项目。
一、 文献综述
（一）［题名］基于互联网的移动机器人遥操作系统设计与实现
［作者］田波；陈建平；付根平
［来源］中国知网
［单位］铜仁学院数学与计算机科学系； 肇庆学院计算机学院；广东工业大学自动化学院
［摘要］为提高基于互联网的遥操作移动机器人系统的透明性和稳定性，文章设计并实现了一种基于互联网的遥操作移动机器人系统；针对机器人单个声呐测距精度低的不足，采用双声呐融合算法完成对近距障碍物的精确测距，便于操作者能够精确地调整机器人位姿；在视频反馈中使用双目视觉获取机器人目视范围内的深度信息，有效完成了机器人周边环境的感知与识别；基于云计算实现了反馈数据的处理与存储，为遥操作系统提供了一个具有高扩展性的计算与存储平台；在NAO机器人平台上进行的遥操作实验表明，与传统的基于视觉和力反馈的遥操作系统相比，完成同样的操作任务，该系统操作时间减少了30%，并具备更高的位姿调整和定位精度。
（二）［题名］一个模块化机器人平台的设计
［作者］周雪峰；江励；朱海飞；蔡传武；管贻生；张宪民
［来源］中国知网
［单位］华南理工大学机械与汽车工程学院
［摘要］为了解决传统机器人针对具体任务设计、柔性不高、容错能力和自修复能力差的问题，并降低机器人在各应用领域的使用成本，设计了一个模块化的机器人平台。文中首先介绍了模块化机器人平台整体设计，接着给出了模块化机器人平台硬件系统和软件系统的设计方法及具体实现细节，最后使用该模块化平台搭建了工业操作臂、轮式移动机器人、双足步行机器人、爬壁机器人以及爬杆机器人，并对这些机器人系统进行了仿真和实验。实验结果证明了该模块化设计方法的可行性和优越性。
综上所述，我国在基于互联网的远程可视控制功能平台方面已有相关研究报道。但是在肢体感应仿真机械手方面没有研究。但本课题在平台部分的研究特点是：
（1）优化用户体验。
（2）功能部分的模块化。
（3）在同一平台的基础上完成多种任务。
检索中未见与本课题相同的报道。
二、 项目设计方案与创新
经过资料查询以及可行性分析，我们得出了如下的设计方案。
（一）平台模块方案
功能平台的基本设计为履带式移动平台，并具有如图5—90所示的功能。
图5—90 平台模块的功能
（二）功能模块方案
用于完成任务的电机以及传感器连接至具有蓝牙传输功能的主板。
能够实现功能模块的无限旋转以及快速拆卸替换。
（三）控制终端方案
将“厉动”采集的数据进行分析处理，转化为控制功能模块电机的数据。将平台传回的逐帧图片转化为即时视频。制作控制软件完成对平台以及功能模块的控制。
（四）创新点
以往的机器人平台功能大多非常单一，仅能执行一种任务。并且功能模块与平台之间是固定连接，大大束缚了灵活性。本项目将平台与功能模块分开，使得同一机器人能够执行多种不同任务。
功能模块与平台之间采用蓝牙无线连接，使得更换功能模块更加方便快捷，不用被复杂的走线所困扰。并且能实现功能模块360°无线旋转，提高了自由度。
三、 解决方案与原理
（一）机械部分
1.平台履带结构
使用传统履带结构作为驱动，并采用可变式扩展履带提高平台的灵活性，能够自由跨越台阶，如图5—91所示。
如图5—92所示，通过车体前方的两个舵机实现移动平台的多地形移动。
图5—91 移动平台的外观
图5—92 平台的多地形移动
2.功能模块无限旋转
仿照电机电刷结构对功能模块进行供电，其他信号数据通过蓝牙直接传输给平台模块，在解决旋转问题的同时方便了功能模块的替换与组装。
3.供电
原先的实际方案是使用8节5号电池提供电机所需的12V电压，但是这样续航能力不强，也无法适应不同模块所需的不同电压。新版设计采用12V铅酸蓄电池供电，并接入可调节的升压降压模块以适应不同的电压需求。
（二）程序部分
1.中转服务器
由于远程控制终端和平台模块可能分别处于内网之中，双方无法直接通信，所以需要有一个挂载在公网的中转服务器负责转发双方交换的信息和数据。远程控制终端和平台模块分别连接到这台中转服务器，并向其发送数据包时指明数据包的目的地，中转服务器会把接收到的数据包无差别分发到指定的目的地中。中转服务器会使用Java语言实现。
2.远程控制终端
远程控制终端向用户提供监视、控制系统的接口。根据用途，远程控制终端分为三部分：网络模块、数据处理模块、指令发送模块。负责的工作分别为：
网络模块：处理底层的数据接受、发送。该模块向其他2个模块提供接口，将数据处理后打包为数据包，并标记目的地，发送给中转服务器，以及读取传入的信息。
数据处理模块：调用网络模块获取平台模块返回的信息，进行初步处理、过滤后，记录在日志文件中或者以合适的排版显示在屏幕上供用户阅读。
指令发送模块：在用户界面添加按钮、输入框等，允许用户对系统进行控制。用户发出特定指令后，模块会将用户的指令翻译为平台模块和远程控制终端之间的协议规定的指令格式，并调用网络模块发送。
远程控制终端的软件部分以Web App形式实现。
3.平台模块
平台模块基于Raspberry Pi模块，和远程控制终端公用网络模块，包含的额外模块是多媒体模块和蓝牙模块，分别用于将平台模块采集到的视频、音频发送给远程控制终端并将远程控制终端发来的音频通过扬声器播出，以及将远程控制终端发来的指令处理、转发给对应的功能模块。
平台模块的软件部分会使用Java语言实现。
4.功能模块
功能模块的特定工作差别很大，唯一共同点是蓝牙模块：直接从配对的平台模块读取指令，并直接执行。这样功能模块可以使用处理能力较弱的Arduino等硬件实现。
功能模块的软件部分实现语言取决于它需要的硬件。
四、 实际应用
（一）生活领域
由于平台的扩展性很强，功能弹性很大，所以可以提供多个版本，普通用户能够承担功能较为简单的版本。用户可以将此平台作为自己的一个替身，在本人离开的情况下可以远程处理一些事情，避免了来回浪费的时间、资源以及不可能亲自到平台所处位置的问题。用户还可以将平台作为自己的一个帮手，让它去自动执行一些重复、工作量大的工作，这样可以事半功倍。
（二）公安领域
由于此平台拆装、携带方便，造价低，可大批量生产，可以应用于拆弹等高危任务。
（三）航天领域
由于此平台拥有易于扩展、易于操作的特性，再加上可以替换部件，寿命可以认为是无穷的，可以发展对应于航天领域的功能模块，让平台执行地外行星上的任务，可以节约载人航天不断往返耗费的资源。同样也可以让平台替代航天员进行其他舱外任务，这样可以增加航天任务的安全性。
五、 结语与展望
但本项目由于仍处于测试阶段，仍存在着许多不足之处。如接卸结构仅能实现基本，不够美观，体积也不够灵巧。我们希望在接下来的一年里，将这个项目进一步完善，最终达到商品化的级别。并且，目前我们正在开发一个仿真机械手作为主打功能模块。