基于智能手机远程控制的移动机器人设计

张楠1,2杨锦添1,2代雨帆1,2伍骑2金辉

摘要：家庭监控系统监控范围一般多为固定区域，存在监控死角的弊端，如采用商用监控，则价格昂贵，为提高家庭监控安全性和适用性，设计一款基于智能手机远程控制的移动机器人，不仅可以实现远程实时监控，避免监控死角，而且采用万向轮的移动平台，可以实现在有限空间内的灵活移动。

0引言

家庭监控安防系统主要是利用网络技术将安装在室内的视频、音频、报警等监控设备连接起来，提高家庭安全防护能力[1,2]。现用的家庭监控系统多采用一组或多组摄像头、监控器和中央存储器组成。其摄像头一般都为固定安装，可旋转一定角度，因此，覆盖范围有限。而由此易出现监控盲区，降低了安全性[3]。而基于Internet的远程监控机器人系统，其具备了一定移动能力，可实现无死角的全覆盖监控，提高了安全防护等级。

1移动机器人系统设计

1.1系统架构设计

系统用STC89C52单片机作为控制芯片，把移动机器人所要实现的功能分成了不同的模块，而与之对应的传感器模块负责实现功能。该移动机器人的传感模块和通讯架构如图1。

图1移动机器人传感模块和通讯架构图

1.2沿墙巡航和避障系统设计

为实现巡航监控功能，移动机器人需对周边环境进行感知。如果只采用超声传感器检测，当安装位置过于密集时，易造成超声波之间的相互串扰，影响检测精度。因此，本系统采用超声传感器和红外传感器相结合的方式，既满足探测范围和探测精度的要求，又避免了超声波之间的串扰，实现机器人在移动过程中的精确避障功能。

2运动控制系统设计

2.1驱动方式

选用瑞典麦克纳姆公司的麦克拉姆轮作为移动轮。这种全方位的移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上的，这些成角度的周边轮轴能把一部分轮的转向力转化到一个轮的法向力方向。具有灵活性大，自由机动性强的特点，可以方便对于小车的直行、转向、横移等运动进行控制。

2.2驱动电机选型及控制

选用步进电机作为小车的驱动源。步进电机由其专属驱动器驱动，结合外部超声避障传感器、红外传感器等再与控制核心单片机形成一个闭环系统，可以在运动中实现较为精确的控制。步进电机因其一个脉冲转动一个步距角的特性，在控制时显得较为简单。步进电机驱动器的输入端可以直接和单片机相连，接收单片机的控制指令，完成相应的控制需求。

3机器人远程控制及自主巡航设计

3.1手机远程控制

采用ESP8266WiFi模块，并将其设置为服务端，然后在手机上下载一个网络调试助手，将手机作为客户端，手机连接WiFi，在客户端输入相同的IP地址，即可实现手机与WiFi模块之间的通讯，单片机识别WiFi模块所接收到的信号，给出相应的指令，控制小车的运动，从而实现手机远程遥控。

3.2自动巡航的路径规划

作为巡航的安防类移动机器人，在人工调整模式为自动巡航模式之后，机器人开始自动巡航。自动巡航实现的关键在于路径的规划，进而关系到算法的选择。在设计中，规定机器人沿着右端离墙30-50厘米的距离巡航，并且遇到障碍可以自动避开，因此采用类模糊控制的方法来作为机器人自动巡航的程序算法，具体的控制流程如图2所示。

图2自动巡航控制流程图

4移动监控及智能报警系统设计

机器人上安装有一个摄像头平台，该摄像头平台固定于一个可以水平旋转的舵机之上，加上选用了可上下调整角度的摄像头模块，就实现了摄像机可多角度调整的功能。摄像头的水平和垂直两个反向的转动都是依靠舵机来实现，旋转角度只在0-180°之间。以安防为考虑，此机器人设计了夜间或者室内无人报警功能，如夜晚有人进入巡航感应区域，机器人将会发出警报，为保证不会因一些意外的情况产生误报，此智能报警的功能采用热释电传感器实现。

5总结

基于智能手机远程控制的移动机器人不仅解决了监控漏洞问题，而且由于其具备移动能力，如其增加机械手等模块化设备，则可以辅助人类做更多工作，由此可以看出该产品的设计和研发具有一定的应用价值和市场前景。

参考文献：

[1]翟艳磊,陈磊,何祥宇.基于LabVIEW的远程家庭监控系统设计[J].电子测试,2010(6):37-40.

[2]陆金虎,王益祥.基于微信公众平台的智能家庭监控系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2017(8):72-75.

[3]徐敏,梁亚清.基于DSPTMS320F2812的智能家庭监控系统设计与制作[J].2017(12):21-23.

基金项目：重庆市中小学创新人才培养工程项目（CY180907）；重庆市巴南区科技计划项目（2018TJ09）

通讯作者：金辉（1984-），男，安徽庐江人，博士研究生