一种机器人控制程序图形化集成开发环境制造技术

本发明专利技术涉及一种机器人控制程序图形化集成开发环境，包括图形库管理模块、图形化编程模块和可视化模块。本发明专利技术还公开了一种机器人控制程序图形化集成开发环境的图形化编程方法。本发明专利技术的优点体现在：(1)支持开发机器人实时控制程序；(2)支持个性化、专业化、定制机器人开发；(3)支持机器人控制系统半物理仿真。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人控制程序图形化集成开发环境，具体涉及一种个性化、专业化和定制机器人控制计算机开发控制程序的图形化集成开发环境。
技术介绍
一般来说，一个机器人系统由三个部分、六个子系统组成，如图1所示。这三个部分是机械部分、传感部分和控制部分；六个子系统是机械系统、驱动系统、感知系统、机器人一一环境交互系统、人机交互系统和控制系统。其中，机械系统是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体，形成开环运动学联系;驱动系统是使各种机械部件产生运动的装置;感知系统由机器人内部传感器模块和外部传感器模块组成，可获取内部和外部环境状态中有用信息;机器人一一环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统；人机交互系统是人与机器人进行联系和参与机器人控制的装置，包括指令给定装置和信息显示装置;控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。机器人控制系统的核心是控制计算机，根据机器人的复杂程度不同，控制计算机可以是一个单片计算机系统、或是一个可编程逻辑控制器、或是一个嵌入式计算机系统、或是一个通用计算机系统、或是一个计算机网络系统。无论这个控制计算机的硬件如何组成，无一例外地需要给它们编制程序，才能完成所要求的控制功能。所谓“机器人开发环境”指的是用来给机器人控制计算机开发程序的软件包，一般包括:(1)编程环境(2)编译执行环境(3)可重用的软件库(4)完备的调试/仿真环境(5)对机器人硬件设备的“驱动”程序支持(6)通用的、常用的功能控制软件，例如，计算机视觉、导航和机械手臂控制等。“机器人开发环境”的作用就是减少软件开发的工作量、缩短软件开发时间、降低开发的支出和提高软件的可靠性。目前，市场上出现了多种大同小异的机器人开发环境，其中，具有代表性的是微软公司的微软机器人开发环境(MSRS，Microsoft Robotics Stud1)、美国Willow Garage公司的机器人操作系统(R0S，Robot Operating System)和美国国家仪器公司(NI，Nat1nalInstruments)的LabVIEW机器人模块(LabVIEW Robotics Module)，下面分别介绍。(1)微软机器人开发环境MSRSMSRS是基于Windows和Windows CE操作系统下的.net和C#程序开发环境，采用图形化的编程方式，以设计程序流程图的方法编写机器人控制程序。图形化编程是以图形块作为各运算操作单元，图形库之间的有向连线作为数据流动方向和图形块的执行顺序。这种编程方式直观，具备并行执行、异步操作的能力。除了图形化编程，MSRS也能够使用C#语言编写相同功能的应用程序，并且MSRS支持将图形化编写的源程序导出成C#源代码。采用MSRS编写的机器人控制程序仅适用于MSRS所支持的机器人套件。(2)机器人操作系统R0SR0S是以代码复用为目标、专为机器人软件开发而设计的一个开源的次级操作系统，是建立在操作系统(现在主要运行在Ubuntu操作系统上，它是一种Linux操作系统)之上的软件运行平台，提供连接硬件与软件、软件与软件之间的抽象层，方便开发者协作开发或分享机器人应用。R0S有自己的程序编译运行环境，R0S程序编译和运行都需要调用自身的编译命令。根据R0S系统代码的维护者和分布来标识，R0S主要有两大部分，一个是由WillowGarage和它认可的开发者提供和维护的main;另一部分是不同层级的应用软件包。因此，在R0S上开发机器人就是自行编写实现子功能的软件包或配置好已有的软件包，再调用各个实现子功能的包编写成更加高级功能的机器人应用。R0S软件运行需要R0S核的支持，采用R0S编写的机器人控制程序仅适用于列在R0S的官方网站上机器人系统。(3)LabVIEW 机器人模块LabVIEW Robotics是NI (Nat1nal Instruments)公司开发的基于LabVIEW的机器人软件开发工具，它继承了基于虚拟仪器的图形化编程方法，并通过虚拟仪器这种文件形式来实现程序的封装和复用。LabVIEW Robotics开发环境和运行平台都是基于LabVIEW，并提供了很多算法和硬件驱动可以直接调用，生成的机器人控制程序即为LabVIEW可执行程序，需要在LabVIEW运行引擎支持下运行，而LabVIEW通常运行在Windows操作系统之上。然而，现有技术包含如下缺点:(1)不具有实时性:由于现有技术采用的开发环境和由此开发出的控制程序都运行在通用操作系统之上，例如，MSRS和LabVIEW都运行在Windows操作系统之上，而R0S运行在Linux(Ubuntu)之上。因此，这些控制程序都不具备实时性。而实时性对于某些场合运行的机器人来说是必要的，例如，工业机器人往往要求实时性。(2)仅适用于特定的机器人:现有技术都要求统一的编程环境和统一的编译执行环境，例如，MSRS仅适用于MSRS所支持的机器人套件;R0S仅适用于列在R0S的官方网站上机器人系统;而LabVIEW需要在LabVIEW运行引擎支持下运行。带来的问题是用户在开发个性化、专业化和定制机器人选用日益增多的开源软硬件时受到较大的限制。(3)缺乏完备的仿真环境:MSRS和LabVIEW具有数字仿真能力，而R0S不具有任何仿真能力。同时，它们都没有提供半物理仿真的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决个性化、专业化和定制机器人控制计算机开发程序缺少开发环境的问题，提供一种机器人控制程序图形化集成开发环境。为实现上述目的，本专利技术公开了如下技术方案:—种机器人控制程序图形化集成开发环境，包括图形库管理模块、图形化编程模块和可视化模块。其中，图形库管理模块的功能包括:(1)对图形化编程所需的机器人零部件库中的零部件进行管理，其功能包括“新建，，、“打开”、“编辑”、“保存”和“删除，，等;(2)对图形化编程所需的算法库中的程序进行管理，其功能包括“新建”、“打开”、“编辑”、“保存”和“删除”等；(3)对图形化编程和可视化所需的机器人模型库中的机器人模型及其文件进行管理，其功能包括“导入”、“编辑”、“保存”和“删除”等；(4)对可视化所需的工作环境库中的工作环境文件进行管理，其功能包括“新建”、“打开”、“编辑”、“保存”和“删除，，等;图形化编程模块的功能包括:(1)利用图形库中的机器人零部件、算法程序和机器人模型构建机器人控制系统；(2)结合可视化模块共同完成机器人控制系统的仿真；通过交叉编译和连接生成机器人控制程序并通过网络发送给机器人控制计算机，完成机器人控制程序的刷新；可视化模块的功能包括:(1)结合图形化编程模块共同完成机器人控制系统的仿真；(2)实时接收机器人发来的机器人位姿和状态信息；(3)根据接收到的位姿信息将机器人模型以3D图形方式实时显示在图形显示区中，图形显示区以机器人当前的工作环境为背景；同时在数据显示区中实时显示机器人的当前位置、姿态和状态；其中，图形库管理模块是独立运行的；图形化编程模块和可视化模块可以独立运行也可以同时运行。作为一种优选方案，所述图形库管理模块包括图形库以及相应的库操作，其中，图形库分为:机器人零本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人控制程序图形化集成开发环境，其特征在于，包括图形库管理模块、图形化编程模块和可视化模块：其中，图形库管理模块的功能包括:(1)对图形化编程所需的机器人零部件库中的零部件进行管理，其功能包括“新建”、“打开”、“编辑”、“保存”和“删除”；(2)对图形化编程所需的算法库中的程序进行管理，其功能包括“新建”、“打开”、“编辑”、“保存”和“删除”；(3)对图形化编程和可视化所需的机器人模型库中的机器人模型及其文件进行管理，其功能包括“导入”、“编辑”、“保存”和“删除”；(4)对可视化所需的工作环境库中的工作环境文件进行管理，其功能包括“新建”、“打开”、“编辑”、“保存”和“删除”；图形化编程模块的功能包括：(1)利用图形库中的机器人零部件、算法程序和机器人模型构建机器人控制系统；(2)结合可视化模块共同完成机器人控制系统的仿真；(3)通过交叉编译和连接生成机器人控制程序并通过网络发送给机器人控制计算机，完成机器人控制程序的刷新；可视化模块的功能包括：(1)结合图形化编程模块共同完成机器人控制系统的仿真；(2)实时接收机器人发来的机器人位姿和状态信息；(3)根据接收到的位姿信息将机器人模型以3D图形方式实时显示在图形显示区中，图形显示区以机器人当前的工作环境为背景；同时在数据显示区中实时显示机器人的当前位置、姿态和状态；其中，图形库管理模块是单独运行的，图形化编程模块和可视化模块是同时运行的。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱荣明，段昭，陈冉，高雪，汤立营，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61