Розробка програмного забезпечення для моделювання мобільного робота NXT MindStorms

Тривимірна модель мобільного робота. Алгоритмізація моделі та її програмної реалізації з використанням бібліотек MFC та OpenGL. Розробка програмного забезпечення. Середовище розробки проекту Microsoft Visual Studio 2010. Керування рухами маніпулятора.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Факультет: Автоматики і комп'ютеризованих технологій

Кафедра: Технології та автоматизації виробництва РЕЗ та ЕОЗ

Курсова робота

з дисципліни: «Технології програмування гнучких комп'ютеризованих систем»

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

Розробка програмного забезпечення для моделювання мобільного робота NXT MindStorms

Студент: СІ-10-2 Прокошин Е.Е.

Керівник: к. т. н, доц. каф. Цимбал О.М.

Харків 2013

Зміст

Вступ

1. Аналіз технічного завдання

1.1 Постановка задачі

2. Алгоритмізація моделі та її програмної реалізації

2.1 Бібліотека MFC

2.2 Бібліотека OpenGL

3. Розробка програмного забезпечення

3.1 Середовище розробки проекту

3.2 Порядок виконання роботи

3.3 Опис контрольного прикладу

Висновки

Перелік посилань

Додаток А. Опис програми

Реферат

Курсова робота: пояснювальна записка: 11 рис., 1 табл., 1 додаток,

8 джерел, текст програми на CD-диску.

Об'єкт дослідження - робот NXT MindStorms.

Мета роботи - розробка програмного забезпечення для моделювання робота NXT MindStorms.

Розробка здійснювалось із використанням пакету програм Microsoft Visual Studio 2010 на IBM-сумісному персональному комп'ютері (тактова частота процесора 2,2 ГГц, обсяг оперативної пам'яті - 2 Гб, жорсткого диска - 500 Гб).

Робота має навчальний характер. Розробка програмного забезпечення для моделювання робота NXT MindStorms. Розмір програми - 6 Мб.

MICROSOFT VISUAL STUDIO, NXT MINDSTORMS, MFC, МОДЕЛЮВАННЯ РОБОТА NXT MINDSTORMS

Abstract

Coursework: explanatory note 28 pages, 11 pictures, 1 table, 1 application, 8 sources, code on CD- ROM.

Object of study - robot NXT MindStorms.

Purpose - to develop software for the simulation of robot NXT MindStorms.

Development was carried out using the software package Microsoft Visual Studio 2010 for IBM - compatible personal computer (CPU clock speed of 2.2 GHz, RAM - 2 GB Hard Drive - 500 GB).

The work is educational in nature. Software development for simulation of robot NXT MindStorms. The amount of programs - 6 MB.

MICROSOFT VISUAL STUDIO, NXT MINDSTORMS, ROBOTS, MFC, MODELING ROBOT NXT MINDSTORMS

Вступ

Розробка робототехнічних систем різного роду призначення представляє значну зацікавленість не тільки з промислової точки зору, але і наукової. Сучасний робот є багатоцільовою машиною, що задовольняє сучасним вимогам створення гнучко переналаштовуваного автоматизованого виробництва. З іншого боку будь-який робот, як виконуючий пристрій, є платформою для широкого кола експериментів, пов'язаних з практичною реалізацією методів штучного інтелекту.

Розробка роботів є доволі складним та дорогим заняттям, тому все частіше ставиться задача адаптації існуючих роботів до рішення нових виробничих та наукових задач. При цьому на перший план може висуватися задача моделювання робочого простору.

Першочерговим етапом проектування роботів є створення комп'ютерних моделей функціонування маніпуляторів роботів у робочому просторі, моделей мобільних робототехнічних систем.

Промисловий робот - автономний пристрій, що складається з механічного маніпулятора та системи керування, який використовується для переміщення об'єктів у просторі та для виконання різних промислових процесів. ПР можуть виконувати основні технологічні операції (збірка, фарбування, сварка) та допоміжні операції (завантаження/розвантаження технологічного обладнання, транспортні та інші). При використанні змінного технологічного оснащення виконувані операції можуть виконуватися одним роботом.

Метою курсової роботи є розробка програмного забезпечення для моделювання автоматизованої роботи робота NXT MindStorms. Для досягнення мети необхідно розглянути наступні питання:

– проаналізувати завдання;

– виявити особливості програмного забезпечення;

– переглянути список рекомендованої літератури;

– розробити алгоритм роботи програми;

– написати програму для моделювання NXT MindStorms.

1. Аналiз технiчного завдання

1.1 Постановка задачі

Розробка програмного забезпечення для моделювання робота NXT MindStorms (Рис. 1.1). Необхідно розробити тривимірну модель робота, що відображає вигляд реального. Розробка буде проводитись мовою С++ у середовище Microsoft Visual Studio 2010 за допомогою бібліотек MFC та OpenGL.

Рисунок 1.1 - Робот NXT MindStorms

2. Розробка програмного забезпечення для моделювання робота NXT mindStorms

2.1 Бібліотека MFC

Розробка програмного забезпечення з нуля є доволі складною та тривалою задачею. Тому більшість програм створюється шляхом розвитку якоїсь базової програми, типової заготовки або шаблону. Для створення професійного програмного забезпечення необхідно чітко уявляти внутрішню структуру та логіку роботи засобів, що використовуються. Особливо це відноситься до засобів створення програмних продуктів. Розглянемо бібліотеку базових класів Microsoft (Microsoft Foundation Classes, MFС) саме як інструмент, що повинен взяти на себе більшу частину чорнової роботи з створення програмного забезпечення. Тільки знання всіх нюансів побудови, функціонування та можливостей бібліотеки дозволить легко створювати програми різної складності.

Перед розробниками бібліотеки стояла задача розробки об'єктно-орієнтованого інтерфейсу для роботи в середовищі Windows, який би задовольняв наступним цілям проектування програмних продуктів:

– значне зменшення зусиль при створенні програмних продуктів;

– швидкість виконання програм, написаних з використанням бібліотеки, повинна відповідати швидкості виконання програм, що написані на мові С з використанням Win32 API;

– розмір допоміжного коду повинен бути мінімальним;

– здатність прямо викликати довільну С - функцію Win32 API;

– легкість використання Win32 API в С++ повинна бути такою ж як при використанні традиційної мови С.

Варто відзначити, що поставлені задачі розробниками бібліотеки були вирішені професійно.

За короткий відрізок часу корпорацією Microsoft було розроблено декілька версій бібліотеки MFC, яка ставала все далі потужнішою та зручнішою. Версія 4.3 бібліотеки MFC не є останньою і швидше за все невдовзі на ринку з'явиться наступна версія. До того ж підтримка іншими компаніями та їх компіляторами і засобами розробки програмного забезпечення саме бібліотеки MFC, а не OWL фірми Borland International чи власних продуктів дозволяє концентрувати увагу саме на MFC. Навіть фірма Borland International, що є конкурентом Microsoft в створенні компіляторів для персональних комп'ютерів придбала ліцензію на використання в своїх продуктах MFC.

2.2 Бібліотека OpenGL

OpenGL -- (Open Graphics Library -- відкрита графічна бібліотека, яка реалізує 2D та 3D комп'ютерну графіку. Ця бібліотека містить понад 250 функцій, які можуть використовуватися для малювання складних тривимірних сцен з простих примітивів. Широко застосовується індустрією комп'ютерних ігор і віртуальної реальності, у графічних інтерфейсах, при візуалізації наукових даних, в системах автоматизованого проектування.

OpenGL орієнтується на такі два завдання:

– сховати складності адаптації різних 3D-прискорювачів, надаючи розробнику єдиний API.

– приховати відмінності в можливостях апаратних платформ, вимагаючи реалізації відсутньої функціональності за допомогою програмної емуляції.

Основним принципом роботи OpenGL є отримання наборів векторних графічних примітивів у вигляді точок, ліній та багатокутників з наступною математичною обробкою отриманих даних та побудовою растрової картинки на екрані і/або в пам'яті. Векторні трансформації та растеризація виконуються графічним конвеєром (graphics pipeline), який власне являє собою дискретний автомат. Абсолютна більшість команд OpenGL потрапляють в одну з двох груп: або вони додають графічні примітиви на вхід в конвеєр, або конфігурують конвеєр на різне виконання трансформацій. OpenGL є низькорівневим процедурним API, що змушує програміста диктувати точну послідовність кроків, щоб побудувати результуючу растрову графіку (імперативний підхід). Це є основною відмінністю від дескрипторних підходів, коли вся сцена передається у вигляді структури даних (найчастіше дерева), яка обробляється і будується на екрані. З одного боку, імперативний підхід вимагає від програміста глибокого знання законів тривимірної графіки та математичних моделей, з іншого боку -- дає свободу впровадження різних інновацій.

Характерними особливостями OpenGL, які забезпечили розповсюдження та розвиток цього графічного стандарту, є:

§ Стабільність. Доповненн...