Sterowanie robota mobilnego za pośrednictwem bezprzewodowej sieci internet

ZASTOSOWANIE BEZPRZEWODOWEJ SIECI

INTERNET DO ZDALNEGO STEROWANIA ROBOTA

MOBILNEGO

Application of the wireless Internet network for

remote control of mobile robot

Politechnika Śląska w Gliwicach

Wydział Elektryczy

Kadedra Energoelektroniki, Napędu

Elektrycznego i Robotyki

promotor: dr inż. Maciej Sajkowski

ykonał: Jacek Heliński

OBIEKT TECHNICZNY PRACY

Budowa obiektu technicznego:

•

Komputer osobisty

•

Router bezprzewodowy

•

Mikroprocesorowy układ sterujący robota mobilnego

Stany normalnej pracy obiektu:

•

Transmisja sygnałów sterujących

•

Transmisja dźwięku i obrazu

•

Nieprzerwana dwukierunkowa komunikacja elementów obiektu technicznego

Układ bezprzewodowej transmisji danych komputer osobisty
– mikroprocesorowy układ sterujący robota mobilnego

Wi-Fi

Ethernet

INTERNET

Serial

Port

ZADANIA INŻYNIERSKIE WZGLĘDEM OBIEKTU

Przegląd

literatury

związanej

sposobami

bezprzewodowej komunikacji komputera osobistego z
robotem mobilnym zapewniającej:

•

transmisję sygnałów sterujących

•

odbiór dźwięku i obrazu

Wykorzystanie sieci Internet i routera Wi-Fi w celu
nawiązania komunikacji pomiędzy komputerem osobistym a
układem sterującym robota mobilnego.

•

zmiana oprogramowania routera na firmware OpenWRT

•

stworzenie strony internetowej zamieszczonej w pamięci routera

•

wykorzystania portów GPI/O routera do transmisji szeregowej

•

odbieranie obrazu oraz dźwięku z kamery sieciowej

•

sterowanie robotem mobilnym

TEMAT PRACY W FORMIE ROZWINIĘTEJ

Zastosowanie bezprzewodowej sieci Internet do zdalnego

sterowania robota mobilnego z wykorzystaniem routera

Linksys WRT54GL oraz komputera osobistego

Wi-
Fi

Serial

Port

Etherne
t

INTERNE
T

SŁOWA KLUCZOWE (KEY WORDS)

Słowa kluczowe

Key words

Zdalne sterowanie

Remote control

Router

Komputer osobisty Personal computer
Robot mobilny

Mobile robot

Internet

Strona
internetowa

Website

Kamera sieciowa

Network camera

Mikrokontroler

Microcontroller

Port szeregowy

Serial port

Wi-Fi

Ethernet

Windows

Linux

HTML

PHP

CSS

JAVA

SŁOWA KLUCZOWE - DIAGRAM

INTERNET

Ethernet/Wi-Fi

Wi-Fi

Network

Camera

Remote

Control

HARDWARE

SOFTWARE

Router

Serial

Port

CSS

JAVA

Unix / Linux

PHP

HTML

GPI/O

Mobile

Robot

Windows /
Linux

WEBSITE

Microcontroll

Etherne
t

CEL PRACY

1. Opracowanie oraz porównanie wybranych sposobów

sterowania

robota

mobilnego

zastosowaniem

bezprzewodowej sieci Internet

2. Zastosowanie sieci Internet i routera Wi-FI do

komunikacji pomiędzy komputerem osobistym a
układem sterującym robota mobilnego

Cele dodatkowe:

• Sterowanie robotem mobilnym z poziomu komputera

osobistego

• Odbiór dźwięku oraz obrazu na komputerze osobistym

• Przebadanie układu bezprzewodowej transmisji danych pod

kątem m.in. zasięgu, jakości transmisji

EFEKT KOŃCOWY

1. Klasyfikacja i przedstawienie wybranych sposobów

sterowania

robota

mobilnego

zastosowaniem

bezprzewodowej

sieci

Internet

pod

względem

technicznym oraz ekonomicznym

2. Wykonanie układu bezprzewodowej transmisji danych

umożliwiającej

sterowanie

robotem

mobilnym

poziomu komputera osobistego za pośrednictwem sieci
Internet z wykorzystaniem routera Wi-Fi

Wi-Fi

Ethernet

INTERNET

ŹRÓDŁA WIEDZY WYKORZYSTANE PRZY PISANIU PRACY

Wiedza zdobyta podczas studiów

Przedmiot

Rok

studiów

(semestr

)

Prowadzący

Zdobyta wiedza

Języki programowania

I (2)

dr inż. Krystyna
Stec

- Programowanie w języku C

Technika
mikroprocesorowa

II (4)

III (5)

prof. dr. hab. Inż..
Jerzy Jakubiec

- Poznanie układów mikroprocesorowych
- Programowanie układów
mikroprocesorowych

Programowanie układów
mikroprocesorowych

III (5)
III (6)

Systemy i sieci
telekomunikacyjne

III (5)

dr inż. Marcin
Maciążek

- Topologia sieci telekomunikacyjnych

- Poznanie pojęć związanych z systemami i

sieciami telekomunikacyjnymi

Podstawy telekomunikacji

III (6)

dr inż. Marian Hyla

- Podstawy konfiguracji urządzeń sieciowych
(routerów, AP)

Projektowanie układów
mikroprocesorowych

III (6)

dr inż. Tomasz
Biskup

- Doskonalenie programowania układów

mikroprocesorowych

Cyfrowe metody i układy
sterowania
przekształtników
energoelektronicznych

IV (9)

ŹRÓDŁA WIEDZY WYKORZYSTANE PRZY PISANIU PRACY

Literatura

Bryan Pfaffenberger, HTML, XHTML i CSS : biblia, Helion, Wydawnictwo Gliwice 2005

Steven M. Schafer, HTML, XHTML i CSS : biblia, Helion, Wydawnictwo Gliwice 2011

David Sawyer McFarland, CSS, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2007

Phill Ballard, Michael Moncur, Ajax, JavaScript i PHP, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2009

Stephan Schmidt, Pear : programowanie w PHP, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2011

Dave Thau, JavaScript : podręcznik tworzenia interaktywnych stron internetowych,
Wydawnictwo Helion, Gliwice 2007

Stoyan Stefanov, JavaScript : programowanie obiektowe, Wydawnictwo Helion, Gliwice
2010

Matthew S. Gast, 802.11 : sieci bezprzewodowe : przewodnik encyklopedyczny,
Wydawnictwo Helion, Gliwice 2003.

Marcin Mucha, Sieci komputerowe : budowa i działanie : teoria i praktyka współczesnych
sieci komputerowych i teleinformatycznych, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2003

10. Neil Matthew, Richard Stones, Beginning Linux programming, Wiley Publishing,

Indianapolis 2004

11. Radosław Sokół , ABC Linux, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2010
12. Uresh Vahalia, Jądro systemu UNIX : nowe horyzonty, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne,

Warszawa 2001

13. Tomasz Biskup, Mikroprocesorowe sterowanie urządzeń energoelektronicznych - analiza,

projektowanie i realizacja, Politechnika Śląska, Gliwice 1996

14. Rafał Baranowski Mikrokontrolery AVR ATmega w praktyce, Wydawnictwo BTC, Warszawa

2005

15. Ryszard Krzyżanowski, Układy mikroprocesorowe, Wydawnictwo Mikom, Warszawa 2004
16. Michael W. Lucas Routery Cisco : efektywne zarządzanie, Wydawnictwo Helion, Gliwice

2005

17. Barr M., Massa A., Programming Embedded System.. O’Reilly, 2003.
18. Catsoulis J., Designing Embedded Hardware. O’Reilly, 2003.
19. Corbet J., Rubini A., Kroah-Hartman G., Linnux Device Drivers. O’Reilly, 2005.
20. Yaghmour K., Building Embeded Linux Systems. O;Reilly, 2003.

ŹRÓDŁA WIEDZY WYKORZYSTANE PRZY PISANIU PRACY

Literatura

Leelasantitham A., Chaiprapa P., „A study of performances on an automatic IEEE 802.11g
wireless-standard robot using infrared sensors", Robotics and Biomimetics, 2008. ROBIO
2008. IEEE International Conference on , vol., no., pp.1556-1560, 22-25 Feb. 2009

Swift, T.; Neebel, D.; , "Wireless, Web-controlled, ball-collecting robot: an engineering and
computer science cluster course," Frontiers in Education, 2003. FIE 2003. 33rd Annual ,
vol.2, no., pp. F4E- 6-11 Vol.2, 5-8 Nov. 2003

Wenbin Wei; Yaodong Pan; K. Furuta; , "Internet-based tele-control system for wheeled
mobile robot," Mechatronics and Automation, 2005 IEEE International Conference , vol.3,
no., pp.1151-1156 Vol. 3, 2005

Tse Min Chen; Luo, R.C.; , "Multisensor based autonomous mobile robot through Internet
control ," Industrial Electronics, Control and Instrumentation, 1997. IECON 97. 23rd
International Conference on , vol.3, no., pp.1248-1253 vol.3, 9-14 Nov 1997

Luo, R.C.; Tse Min Chen; , "Remote supervisory control of a sensor based mobile robot via
Internet," Intelligent Robots and Systems, 1997. IROS '97., Proceedings of the 1997
IEEE/RSJ International Conference on , vol.2, no., pp.1163-1168 vol.2, 7-11 Sep 1997

Xudong Ma; Xianzhong Dai; Fang Fang; Ningting Cheng; , "Scene specified control for
internet-based mobile robot operation," Mechatronics and Automation, 2009. ICMA 2009.
International Conference on , vol., no., pp.217-222, 9-12 Aug. 2009

Sayouti, A.; Aniba, F.Q.; Medromi, H.; Lebbat, A.; , "Remote control over internet of
robotic systems based on multi agents systems," Research Challenges in Information
Science, 2008. RCIS 2008. Second International Conference on , vol., no., pp.45-52, 3-6
June 2008

Hopp, C.; Stoll, S.; Konigorski, U.; , "Remote control design and implementation using the
Internet," Automation Congress, 2002 Proceedings of the 5th Biannual World , vol.14, no.,
pp. 481- 486, 2002

ŹRÓDŁA WIEDZY WYKORZYSTANE PRZY PISANIU PRACY

Literatura

Kowalski, C.T. ; Dybkowski, M. ; Bukało, G. Zdalne sterowanie robotem przemysłowym
poprzez sieć Internet. Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów
Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały
rok: 2006, Vol. 59, nr 26, s. 161-169, Bibliogr. 7 poz.

Pisarczyk P., Jurkiewicz R., Sadowski M., Systemy wbudowane – kompedium cz.1 i 2.
Elektronik, 4/2003, 32-35, 5/2003, 38-44

Giergiel, M. ; Małka, P. ; Bezprzewodowe systemy komunikacji w sterowaniu robotów.
Modelowanie Inżynierskie
rok: 2008, T. 5, nr 36, s. 95--102, Bibliogr. 10 poz.

Humbert, L. ; Rondeau, E. ; Divoux, T. ; Lepage, F. MMS on Internet, application to robot
control. IX Workshop on Supervising and Diagnostics of Machining Systems Manufacturing
Simulation for Industrial Use, Karpacz, 22-27 marzec, 1998 r. Prace Naukowe Instytutu
Technologii Maszyn i Automatyzacji Politechniki Wrocławskiej. Konferencje rok: 1998, Vol.
69, nr 31, s. 97-104, Bibliogr. 9 poz., rys. 5

Mazurek, P. ; Daca, W. Monitorowanie i sterowanie urządzeniami przez Internet,
Elektronizacja : podzespoły i zastosowania elektroniki rok: 2001, nr 3, s. 5--8 : il.

Krupa, J. ; Górecki, K. Monitorowanie i sterowanie wybranych obiektów za pośrednictwem
Internetu, Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania rok: 2007, Vol. 48, nr 2, s.
26--27, Bibliogr. 11 poz.

Gajewski, P. ; Wszelak, S. Optymalizacja wyboru punktów do-stępowych w sieciach WLAN
metodą bezpośredniego poszukiwania, Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości
Telekomunikacyjne rok: 2007, nr 8-9, s. 260--265, Bibliogr. 9 poz., rys., wykr.

Natkaniec, M. Standard HIPERLAN - sieć bezprzewodowa zapewniająca sterowanie
robotami mobilnymi, Przegląd Mechaniczny rok: 1999, nr 14, s. 13- -20, Bibliogr. 13 poz.,
il.

Maciaszczyk, R. ; Bembnista, K. Wspomaganie projektowania sieci WLAN, Metody
Informatyki Stosowanej rok: 2009, nr 4 (21), s. 63 -- 71, Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

10. Łubkowski, P. Wykorzystanie projektowania międzywarstwowego dla transmisji

multimedialnej w bezprzewodowych sieciach WLAN, Biuletyn Wojskowej Akademii
Technicznej rok: 2006, Vol. 55, nr sp., s. 221--240, Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

11. Natkaniec, M. Zastosowanie sieci bezprzewodowej IEEE 802.11 do sterowania robotami

mobilnymi

ŹRÓDŁA WIEDZY WYKORZYSTANE PRZY PISANIU PRACY

Źródła internetowe

http://www.jbprojects.net/projects/wifirobot/

http://wiki.openwrt.org/

http://tuxgraphics.org/

http://openlinksys.info/

http://www.linksysbycisco.com/PL/pl/supportgplcode?gplsku=#WRT54GL

http://www.wiznet.co.kr/

http://www.wifibot.com/

ŹRÓDŁA WIEDZY WYKORZYSTANE PRZY PISANIU PRACY

Chronologia źródeł wiedzy

2001 2002

2003 2004

2005 2006

2007 2008

2009 2010

2011

ŹRÓDŁA WIEDZY WYKORZYSTANE PRZY PISANIU PRACY

Wiedza zdobyta poza programem studiów

Umiejętność tworzenie stron internetowych

Poznanie języków : HTML, PHP, CSS, JavaScript

Obsługa systemu operacyjnego Linux

Oprogramowanie systemów wbudowanych

Wykorzystanie portów GPI/O mikrokontrolera

Obsługa serwera danych

Umiejętność montażu elementów elektronicznych

ZAKRES PRACY

1. Analiza, klasyfikacja oraz przedstawienie wybranych sposobów

sterowania

robotów

mobilnych

zastosowaniem

bezprzewodowej  sieci  Internet.  Analiza  dotyczy  zarówno
aspektów  technicznych  (tj.  ilość  elementów  potrzebnych  do
nawiązania  komunikacji,    trudności  związanych  z  zestrajaniem
układu, poborem prądu, możliwościami rozbudowy układu)  jak i
ekonomicznych.

2. Opracowanie wybranego sposobu bezprzewodowej komunikacji

opartej na routerze Linksys WRT54GL

•

Analiza dokumentacji technicznej routera Linksys WRT54GL

•

Określenie niezbędnych czynności do uzyskania komunikacji
pomiędzy komputerem osobistym a układem sterowania
robota mobilnego

•

Wykonanie kosztorysu

A. Część teoretyczno - przeglądowa

ZAKRES PRACY

1. Zwiększenie funkcjonalności routera Linksys WRT54GL -

wykorzystanie portów GPI/O routera poprzez zmianę
oprogramowania na firmware OpenWRT opartego na dystrybucji
Linux-a przeznaczonego do routerów oraz punktów
dostępowych.

2. Rozbudowa układu routera Linksys WRT54GL wykorzystując

porty GPI/O w celu wyprowadzenia portu szeregowego

3. Przeprogramowanie routera w celu nawiązania transmisji

szeregowej

Zaprojektowanie strony internetowej/programu oraz
zamieszczenie strony internetowej/programu w pamięci
routera tak aby możliwe było sterowanie portami GPI/O routera
oraz odbieranie dźwięku oraz obrazu z kamery sieciowej z
poziomu komputera osobistego

6. Komunikacja, sterowanie robotem mobilnym oraz odbiór

dźwięku i obrazu z poziomu komputera osobistego.
Przeprowadzenie testów oraz badań uzyskanej komunikacji.

B. Część praktyczna

MIND-MAPPING

Określenie celu i

zakresu pracy

Zmiana

oprogramowania oraz

konfiguracja routera

bezprzewodowego

Analiza źródeł

internetowych oraz

przegląd literatury

Opracowanie

wybranych systemów

bezprzewodowej

komunikacji

Opracowanie

wybranego systemu

bezprzewodowej

komunikacji

Komunikacja routera

z komputerem

osobistym

Przeprojektowanie

układu

mikroprocesorowego

routera /

Przeprogramowanie

routera

Zaprojektowanie

strony internetowej /

programu

Zamieszczenie strony

internetowej /

programu w pamięci

routera

Analiza

dokumentacji

technicznej routera

Linksys WRT54GL

Efekt końcowy:

sterowanie robotem

mobilnym oraz

odebranie dźwięku i

obrazu

Testowanie oraz

dopracowywanie układu

bezprzewodowej

transmisji

Document Outline