基于量子框架的机器人控制软件系统研究

摘要

如今，随着自动化需求的增加，工业自动化对工业机器人的要求也不断提高。为了克服工业机器人本体因复杂多变的环境受到的限制，解决传统工业机器人软件系统设计周期长，开发成本高，灵活性低，移植性低，后期可维护性和可更新性差的问题，本文采用事件驱动型编程技术与分层体系架构来构建开放式的机器人控制软件系统。
　　本文的机器人控制软件系统是基于量子框架而设计的。量子框架是一种轻量级的事件驱动型编程框架，结合了状态机技术与面向对象的思想，其中主动对象计算模型、量子框架事件处理器、量子框架内核等理论模型为该系统的设计提供了理论应用基础。
　　该机器人控制软件系统采用分层体系架构搭建，实现了对各个资源的有效划分和管理。在该架构的实现中，底层对上层而言是透明的，中间层封装了实时操作系统和组件的服务接口，隐藏了软/硬件的差异，为应用层提供了独立于平台的运行环境。应用层采用主动对象计算模型进行建模，其图形化的设计能够有效提高系统应用的开发效率和软件质量。
　　机器人编译系统是机器人控制软件的关键核心。本文设计了机器人编程指令语言及其编译系统，研究了机器人语言编译器前端和后端的工作原理及实现过程，其中前端包括了词法分析、语法分析和语义分析，中间代码生成，后端则包括了机器人执行指令的生成。
　　最后对该机器人控制软件系统进行调试，并采用白盒测试与黑盒测试的方法对该系统进行了测试验证。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 工业机器人国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 工业机械人控制系统的研究概述

1．4 主要研究内容及章节安排

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 论文章节安排

第2章 基于量子框架的软件设计方法

2．1 事件驱动型框架

2．2 状态机

2．2．1 有限状态机(Finite State Machine，FSM)

2．2．2 层次式状态机(Hierarchy State Machine，HSM)

2．3 量子事件驱动平台(Quantum Platform，QP)

2．3．1 量子框架特性

2．3．2 层次式事件处理器

2．3．3 主动对象计算模型

2．3．4 事件队列

2．3．5 事件内存管理

2．3．6 事件派发管理

2．3．7 量子内核

2．4 本章小结

第3章 机器人编译系统设计

3．1 机器人编程语言

3．1．1 机器人语言概述

3．1．2 机器人语言特性

3．1．3 机器人编程语言设计

3．2 机器人编译系统结构

3．3 词法分析

3．3．1 正则表达式

3．3．2 有限自动机

3．3．3 构建机器人语言词法分析器

3．4 语法分析

3．4．1 上下文无关文法

3．4．2 自顶向下的语法分析

3．4．3 自底向上的语法分析

3．4．4 构建机器人语言语法分析器

3．5 语法制导的翻译

3．6 语义分析

3．6．1 符号表

3．6．2 静态检查

3．6．3 中间代码表示

3．7 编译器后端

3．8 指令执行

3．9 本章小节

第4章 基于量子框架的机器人控制软件系统建模

4．1．1 硬件层

4．1．2 实时操作系统层

4．1．3 组件层

4．1．4 中间层

4．1．5 应用层

4．2 HN-Robot机器人系统中间层建模

4．2．1 框架服务

4．2．2 组件接口服务

4．2．3 平台抽象

4．3 HN-Robot机器人系统应用层主动对象建模

4．3．1 运行主动对象

4．3．2 译码主动对象

4．3．3 通信主动对象

4．3．4 示教主动对象

4．3．5 应用层代码实现

4．4 本章小节

第5章 工业机器人控制软件系统实验

5．1 机器人控制实验平台

5．2 机器人控制软件系统界面

5．3 机器人控制软件系统功能区运行

5．3．1 手动功能区

5．3．2 自动功能区

5．3．3 参数功能区

5．4 机器人控制软件系统测试

5．4．1 软件测试目的

5．4．2 软件测试方法

5．4．3 软件模块测试

5．4．4 软件整体测试

5．5 本章小节

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况