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机器人图形化编程系统的设计与实现

作　者: 徐成
导　师: 郭顺生
学　校: 武汉理工大学
专　业: 工业工程
关键词: 机器人 图形化编程 编译器 汇编器 虚拟机
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着计算机、微电子、自动控制、网络等技术的快速发展,机器人技术也得到了飞速发展。近年来,随着人类的活动领域不断扩大,机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。然而,由于机器人涉及的知识范围很广,编程开发门槛高,使得机器人的编程开发效率十分低下,难以普及。针对这一现象,致力于让机器人编程开发变得简单化的尝试也越来越多,其中基于图形化编程的机器人开发平台逐渐成为研究热点。在这样的研究背景下,本文开发出了一套基于事件驱动编程思想的机器人图形化编程平台—]R.GPS (Robotell Graphic Programming System),并针对该编程平台中的一些关键问题和应用技术进行了研究,其主要内容如下：(1)针对目前机器人通信／控制接口比较繁多的问题,设计了一套基于CAN通信协议的上层协议--EzCAN协议,该协议简单强大,包括信号采集、电机控制、系统配置等部分,符合大多数机器人应用环境,且方便扩展。(2)提出基于事件驱动的机器人图形化编程思想,并给出了图形化编程中的语句、表达式等编程单元的实现方案。利用图形的特征区分不同的编程单元,同时采用积木式的编程方法,大大降低了开发人员在编程过程中的出错率,节省了机器人系统的开发周期。(3)为了更方便的实现跨硬件平台编程,采用了类似于JAVA虚拟机的思想,定义了一套专用的机器码,并实现了基于32位嵌入式开发平台的虚拟机--RTVM. RTVM通过对机器码的解释运行实现机器人的数据采集与行为控制。(4)采用软件工程的思想设计整个编程系统。通过分层架构的方式,将RGPS分解为图形化编程界面、编译器、汇编器、虚拟机等不同模块,并利用各个模块间的接口进行连接,增加了系统的可靠性和可扩展性。实际应用表明,RGPS不仅实现了功能,且具有良好的适应性,可大大提高机器人应用开发的效率。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 研究背景  10-11
    1.1.1 机器人产业背景分析  10
    1.1.2 我国机器人产业现状分析  10-11
  1.2 课题的提出  11-12
  1.3 研究的目的和意义  12-13
  1.4 相关研究综述  13-15
    1.4.1 图形化编程技术的相关概念及发展  13-14
    1.4.2 国内外图形化编程技术的研究现状  14-15
    1.4.3 图形化编程在机器人领域研究现状  15
  1.5 当前研究存在的不足  15-16
  1.6 课题研究内容  16-17
  1.7 本文的组织结构  17-19
第二章 RGPS体系结构的研究  19-26
  2.1 机器人编程的特点  19-20
    2.1.1 机器人产品的特点  19
    2.1.2 机器人编程的特点  19-20
  2.2 基于事件驱动的图形化编程思想  20-23
    2.2.1 事件驱动编程思想  20-22
    2.2.2 事件驱动思想与图形化结合  22-23
  2.3 RGPS体系结构  23-25
    2.3.1 RGPS模型  23-24
    2.3.2 RGPS体系结构  24-25
  2.4 本章小节  25-26
第三章 RGPS关键模块设计与实现  26-64
  3.1 RTUI设计与实现  26-40
    3.1.1 图元  27-30
    3.1.2 图元的实现  30-38
    3.1.3 图形化程序转换成类C代码  38-40
  3.2 RTCC的实现  40-51
    3.2.1 RTCC系统结构  41-42
    3.2.2 词法分析  42
    3.2.3 语法分析  42-45
    3.2.4 语义分析  45-47
    3.2.5 翻译中间代码  47-48
    3.2.6 汇编代码生成  48-51
  3.3 RGPS目标代码定义  51-54
    3.3.1 指令集格式  51-52
    3.3.2 数据传送类指令  52
    3.3.3 数值运算类指令  52-53
    3.3.4 程序转移类指令  53-54
  3.4 RTASM的实现  54-57
    3.4.1 词法分析  54
    3.4.2 语法分析  54-56
    3.4.3 语义分析  56-57
    3.4.4 目标代码生成  57
  3.5 RTVM的实现  57-62
    3.5.1 事件处理线程的划分  58-59
    3.5.2 事件的采集  59-60
    3.5.3 指令跳转表的实现  60-61
    3.5.4 虚拟机的实现  61-62
  3.6 本章小结  62-64
第四章 RGPS系统实例与演示  64-78
  4.1 通信/控制协议的定义  64-68
    4.1.1 EzCAN的ID使用原则  64-65
    4.1.2 EzCAN的通讯规约  65
    4.1.3 属性值的读写  65
    4.1.4 EzCAN协议实例  65-68
  4.2 中央控制板  68-70
  4.3 驱动模块  70-74
  4.4 机器人实例与演示  74-77
    4.4.1 一键展开程序  74-77
  4.5 本章小结  77-78
第五章 总结与展望  78-79
  5.1 全文总结  78
  5.2 工作展望  78-79
参考文献  79-81
致谢  81-82
攻读硕士期间发表的学术论文  82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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