[发明专利]基于WebRTC的机器人遥操作系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于WebRTC的机器人遥操作系统，属于机器人领域。

背景技术

遥操作是一个古老的话题，自从提出至今对它的研究就一直没有间断。随着科学和时代的发展，机器人遥操作在诸如太空、深海探测，远程的病房监控等领域内，都发挥着不可替代的作用。借助于Internet资源的诸多便利条件，人们对网络机器人的需求必然会日益扩大。而新兴的HTML5技术，又给网络机器人的遥操作开辟了一个新的发展方向。

WebRTC是一项基于HTML5的在浏览器内部进行实时的音视频通讯的技术。实现了基于网页的视频会议，只通过浏览器内部进行Javascript就可以达到实时通讯的能力，而且不需要浏览器提供任何形式的插件。WebRTC提供了视频会议的核心技术，包括音视频的采集、编解码、传输和显示，而且还支持跨平台的调用。

当前存在的网络机器人遥操作系统设计是多种多样的，各生产厂家分别用自己的手段和方法来实现控制信号和音视频信号的传输。音视频信号有些使用了第三方的开源软件，如Skype；有些使用了自己定制的音视频传输软件；有些使用了FLASH等音视频的传输工具。而对于控制信号一般使用Socket或XmlSocket；或者自己定制遥操作控制软件。这些遥操作系统的主要问题在于需要先在客户端安装控制软件或者浏览器插件，不能实现跨平台访问，而且也不能实现机器人运动状态变量对流媒体信号的调节。OTOROB考虑了机器人的所处场景，根据场景和机器人的速度来调节视频流的参数，来达到节省带宽的目的；DrRobot X80则是考虑了机器人的传感器信息，将障碍物作为机器人运动时的感兴趣信息，当检测到障碍物时增大视频流的帧率，以达到保证用户体验性的目的；PR2则利用ROS平台搭建遥操作系统，用WebSocket传递控制信号，使用MJPEG Server搭建流媒体服务器，客户端使用HTML插件来实现。上述所说遥操作系统，增加了机器人的状态变量对流媒体传输的控制，达到了良好的效果，但是问题依然是对客户端要求过高，而且没有考虑网络状况。PR2虽然基于HTML5技术开发，但是其流媒体传输编码效率较低，而且本身也需要插件的支持。

发明内容

本发明提供一种基于WebRTC的机器人遥操作系统，不仅客户端能够在浏览器内与机器人进行音视频交互，而且利用WebRTC开源代码开源出分辨率和帧率的接口，用于通过云台相机的转角位置、距离传感器的感知信息和机器人的速度控制机器人端的视频流分辨率和帧率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于WebRTC的机器人遥操作系统，包括机器人、客户端和NodeJS服务器，机器人头部安装有云台相机，通过二自由度转动获取环境视频信号，机器人上安装有麦克风，用于获取环境的音频信号，机器人周围装有距离传感器，用于探测距离机器人较近障碍物的信息，机器人的顶部安装有显示器和音箱，用于呈现遥操作者的音视频信号，机器人底部安装在移动平台上；客户端使用支持WebRTC功能的浏览器向机器人发出控制指令和音视频信号，同时接收机器人发送的控制指令和音视频信号；NodeJS服务器分别向机器人、客户端完成音视频流报文的互换和转发；

作为本发明的进一步优选，控制指令的传输遵循WebSocket协议，包括控制移动平台的运动指令和控制云台相机转角运动的指令；

作为本发明的进一步优选，客户端用支持WebRTC功能的浏览器，通过Javascript调用实现与机器人的实时音视频传输，机器人用WebRTC的开源代码，并开源出分辨率和帧率的参数，音视频传输前首先完成两端初始化报文的传输，两端在添加完SDP消息响应后向NodeJS服务器传输基于WebSocket的SDP消息，描述本端地址和端口信息，NodeJS服务器完成报文的互换和转发，一旦对端的报文到达便进行WebRTC的音视频点对点传输；

作为本发明的进一步优选，客户端遥操作指令包括云台相机转角的运动指令和移动平台的运动指令，客户端控制云台相机的转角和底部移动平台的运动速度，机器人周围的距离传感器实时检测距离机器人障碍物的信息；机器人视频的分辨率根据云台相机转角位置、距离传感器的信息和机器人运动速度进行调节。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：