机器人图形化编程系统的设计与实现

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--RGPS(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。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 机器人产业背景分析

1.1.2 我国机器人产业现状分析

1.2 课题的提出

1.3 研究的目的和意义

1.4 相关研究综述

1.4.1 图形化编程技术的相关概念及发展

1.4.2 国内外图形化编程技术的研究现状

1.4.3 图形化编程在机器人领域研究现状

1.5 当前研究存在的不足

1.6 课题研究内容

1.7 本文的组织结构

第二章 RGPS体系结构的研究

2.1 机器人编程的特点

2.1.1 机器人产品的特点

2.1.2 机器人编程的特点

2.2 基于事件驱动的图形化编程思想

2.2.1 事件驱动编程思想

2.2.2 事件驱动思想与图形化结合

2.3 RGPS体系结构

2.3.1 RGPS模型

2.3.2 RGPS体系结构

2.4 本章小节

第三章 RGPS关键模块设计与实现

3.1 RTUI设计与实现

3.1.1 图元

3.1.2 图元的实现

3.1.3 图形化程序转换成类C代码

3.2 RTCC的实现

3.2.1 RTCC系统结构

3.2.2 词法分析

3.2.3 语法分析

3.2.4 语义分析

3.2.5 翻译中间代码

3.2.6 汇编代码生成

3.3 RGPS目标代码定义

3.3.1 指令集格式

3.3.2 数据传送类指令

3.3.3 数值运算类指令

3.3.4 程序转移类指令

3.4 RTASM的实现

3.4.1 词法分析

3.4.2 语法分析

3.4.3 语义分析

3.4.4 目标代码生成

3.5 RTVM的实现

3.5.1 事件处理线程的划分

3.5.2 事件的采集

3.5.3 指令跳转表的实现

3.5.4 虚拟机的实现

3.6 本章小结

第四章 RGPS系统实例与演示

4.1 通信／控制协议的定义

4.1.1 EzCAN的ID使用原则

4.1.2 EzCAN的通讯规约

4.1.3 属性值的读写

4.1.4 EzCAN协议实例

4.2 中央控制板

4.3 驱动模块

4.4 机器人实例与演示

4.4.1 一键展开程序

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文