井下探测机器人通信及音视频系统应用研究

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井下探测机器人是针对目前频繁发生的矿难事故而研发的一款灾难救援用机器人。本机器人系统采用C/S结构,操作人员使用控制平台监视并控制机器人运动,控制平台与机器人之间使用无线网络进行通信。本文所做的研究主要实现了此机器人系统的通信及音视频系统。文中首先介绍了机器人的组成结构、实现的功能以及控制方式等基本平台信息,然后分析了在井下进行无线通信的特点、难点,并有针对性的设计了机器人的通信系统。紧接着介绍了机器人音视频及控制系统,最后分析了机器人控制存在的实际问题,研究了基于视觉的机器人姿态检测算法,针对在黑暗环境中利用照明灯采集到的图像的特点,给出了相关的处理算法。机器人无线通信系统使用了基于IEEE802.11标准的无线局域网通信方案,根据机器人的需求,本文有针对性的介绍了IEEE802.11标准,分析了AD-Hoc及WDS组网方式,给出了通信效率最高的组网方式,在此基础上,分析了TCP协议及UDP协议在无线网络中的适用性。机器人的音视频系统对机器人端与监控端的设计实现分别做了阐述。机器人端负责视频的采集、压缩及发送,监控端负责视频接收、解压及播放。视频采集及播放使用了DirectShow技术,视频压缩使用MPEG-4标准,文中简要介绍了DirectShow技术及视频压缩的原理与算法。在数据传输方面,针对无线网络环境下视频传输的特殊需求及UDP协议的特性,设计了视频传输方案,详细介绍了设计思路及程序流程。基于视觉的机器人姿态检测算法是针对机器人控制中存在的实际问题而提出的。主要介绍了图像预处理算法及在井下环境中应注意的问题、直线检测及拟合算法、机器人姿态求取的原理与算法。
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