Automatyzacja i robotyzacja procesów produkcyjnych Instrukcja laboratoryjna Graficzne środowisko programowania robotów Opracował: mgr inŝ. Wojciech Błotnicki
Cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest zapoznanie studenta z graficznym środowiskiem programowania robotów na przykładzie środowiska Microsoft Visual Programming Language (VPL), które jest częścią pakietu Microsoft Robotics Developer Studio. Wprowadzenie. Microsoft Robotics Developer Studio jest środowiskiem działającym pod systemem Windows, przeznaczone jest ono do uŝytku akademickiego, hobbystycznego i komercyjnego. UmoŜliwia w łatwy sposób tworzenie aplikacji dla wielu platform sprzętowych robotów. Jest rozpowszechniane na zasadach licencji freeware. RDS dostarcza zintegrowane środowisko.net umoŝliwiające projektowanie, wykonywanie, i debugowanie wysoce rozbudowanych, współbieŝnych aplikacji dla robotów. RDS ułatwia rozwiązanie takich problemów jak koordynacja, konfiguracja, rozwinięcie i moŝliwość uruchamiania kodu jednej aplikacji w innej. Oprócz narzędzi i środowiska uruchomieniowego, RDS posiada duŝo przykładów i ćwiczeń jak symulować i sterować roboty. W jego skład wchodzą : Concurrency and Coordination Runtime (CCR), Decentralized Software Services (DSS), DSS Manifest Editor (DSSME), Microsoft Visual Programming Language (VPL), Microsoft Visual Simulation Environment. VPL jest to język graficzny do tworzenia aplikacji CCR/DSS. Inaczej niŝ w konwencjonalnym programowaniu, VPL sprawdza, który komponent jest aktualnie wykonywany w miarę napływu danych. Aplikacje są tworzone poprzez proste złapanie i upuszczenie poszczególnych komponentów i następnie ich odpowiednie połączenie. VPL moŝe generować usługi w języku C#, które w sposób znaczący mogą przyspieszyć rozwój projektu. Przebieg ćwiczenia. Student wykonuje kolejno zadania: Zadanie 1 - ''Hello World'' Klasyczny dydaktyczny program będący pierwszym przykładem w nauce większości jezyków programowania. W Microsoft VPL, program ten moŝna zrealizować za pomocą dwóch bloków. W celu uruchomienia VPL z menu start wybierz Microsoft Robotics Developer Studio, następnie wybierz i uruchom Visual Programming Language. W przypadku systemu Vista i nowszych naleŝy uruchomić jako administrator (prawy guzik myszy, uruchom jako administrator)
Z menu File wybierz New, aby utworzyć nowy projekt. Wybierz bloczek czynności Data klikając dwukrotnie na niego lub przeciągając go z przybornika Basic Activities na pole schematu programu. Wybierz rodzaj stałej string z rozwijanego menu. Kliknij w okno tekstowe bloku Data, a następnie wpisz Hello World. Rys. 1 blok czynności Data Wstaw blok czynności Simple Dialog przeciągając go z przybornika Services i ustaw go po prawej stronie bloku Data. (Aby szybciej znaleźć bloczek, moŝna wpisać jego nazwę na górze przybornika) Przeciągnij linkę pomiędzy oboma blokami. Automatycznie pojawi się okno dialogowe Connections. Wybierz DataValue z pierwszej listy oraz AlertDialog z drugiej listy, nastepnie kliknij OK. Rys. 2 Okno dialogowe Connections Następnie w oknie dialogowym Data Connections z rozwijanej listy wybierz value.
Rys. 3 oko dialogowe Data Connections Okno dialogowe Data Connections definiuje jaki parametr (w tym wypadku wartość) zostanie przekazane z bloku Data do bloku Simple Dialog. Schemat blokowy programu powinien wyglądać jak na rys. 4. Rys. 4 Schemat programu Teraz wybierz Run z menu Run (lub naciśnij F5). JeŜeli jeszcze nie zapisałeś swojego projektu otworzy się okno dialogowe zapisu. Podaj nazwę projektu a następnie zapisz (Save). VPL powinien teraz uruchomić aplikację. JeŜeli pojawi się okno pytające o odblokowanie aplikacji wybierz odblokuj (Unblock). Po uruchomieniu aplikacji powinno pojawić się okno dialogowe z napisem hello World. Aby zatrzymać program wybierz Stop z menu Run.
Zadanie 2 inkrementacja zmiennej To ćwiczenie ma na celu zobrazowanie przepływu dany w VPL. Polega ono na stworzeniu zmiennej, jej inicjalizacji oraz inkrementacji od 1 do 10. Ćwiczenie rozpocznij od utworzenia nowego projektu (menu File, opcja New). Następnie na schemat przeciągnij blok czynności Variable (blok zmiennej). Aby otworzyć okno definiowania zmiennej (Define Variables) naciśnij przycisk (...) na bloku Variable (moŝesz równieŝ wybrać Variables... z menu Edit). W oknie dialogowym naciśnij Add, a następnie napisz Test w oknie tekstowym. Upewnij się czy w rozwijanym menu Type jest wybrany rodzaj zmiennej int, jeśli tak naciśnij OK. Rys. 1. Okno dialogowe Define Variables JeŜeli twoja zmienna Test nie jest przypoŝądkowana do bloku czynności Variable, otwórz rozwijane menu bloku zmiennej I wybierz utworzoną przez siebie zmienną Test. Rys. 2. Blok zmiennej Test Do schematy programu dodaj blok Data po lewej stronie zmiennej (Variable), a następnie połącz je jak pokazano na rys. 3. Otworzy się okno dialogowe Connections, wybierz DataValue na połączeniu wychodzącym oraz SetValue na połączeniu wchodzącym, następnie naciśnij OK. Rys. 3. Blok Data ustawia wartość bloku zmiennej
Blok Data powienien mieć ustawiony rodzaj stałej na int oraz wpisaną jej wartość 1. JeŜeli uŝyjesz połączenia SetValue bloku Variable ustawi ono wartość zmiennej na 1 oraz wyśle tą wartość na wyjście tego bloku. Sprawdzanie wartości zmiennej Dodaj blok czynności Merge po prawej stronie schematu programu, a następnie połącz go z wyjściem bloku Virable. Blok Merge moŝe mieć wiele wejść i posłuŝy on do stworzenia pętli zliczającej. Rys. 4. Blok Merge Za blokiem Merge umieść blok czynności If. W bloku If umięść warunek logiczny który będzie sprawdzany (Test == 10). Gdy warunek logiczny będzie spełniony (zmienna Test bedzie równa 10) dana będzie przepuszczona na normalne wyjście w przeciwnym wypadku dana (w naszym wypadku zmienna Test) będzie przekazywana na wyjście Else. Inkrementacja zmiennej Rys. 5. Blok If Do schematu programu dodaj blok czynności Calculate, naciśnij na nego prawyk klawiszem myszy, a następnie wybierz "Flip Connections" z rozwijanego menu. Podłącz wyjście Else bloku If do wejścia bloku Calculate. W bloku czynności Calculate wpisz formułe zadania Test + 1. Rys. 6. Inkrementacja zmiennej
UŜyj wyniku działania bloku Calculate aby nadać nową wartość zmiennej Test. W tym celu dodaj kolejny blok Variable i podłącz go do wyjścia Calculate. W oknie Connections wybierz CalculatedResult oraz SetValue, a następnie naciśnij OK. Podłącz wyjście Variable do bloku Merge w ten sposób zamkniesz pętle inkrementującą zmienną Test. Wykorzystanie bloku Text to Speech Rys. 7. Zamknięcie petli Dodaj kolejny blok Calculate i podłącz jego wejście do wyjścia Merge. W oknie bloku Calculate wpisz: The number is + Test Ta operacja zmieni automatycznie zmienną Test na zmienną tekstową i doda ją do tekstu zawartego w cudzysłowie. Rys. 8. Tworzenie wiadomości tekstowej Dodaj blok Text-To-Speech z przybornika Services oraz podłącz go do wyjścia Calculate. W oknie Connections ustaw z (From:) CalculatedResult na (To:) SayText oraz w Data Connections zmień value na SpeechText. Rys. 9. Blok Text-To-Speech
Na koniec dodaj kolejny blok Data oraz podłącz go do wyjścia bloku If. Zdefiniuj typ Data na string i w pisz w oknie bloku: All is done! (gdy jest zdefiniowany typ na string nie trzeba urzywać cudzysłowów) Dodaj kolejny blok TextToSpeech (powinieneś skopiować istniejący blok TextToSpeech i wkleić go co będzie oznaczało, Ŝe korzystasz z istniejącej juŝ usługi. Natomiast, gdy przeciągniesz nowy blok z przybornika utworzysz nową usługę TextToSpeech0 co nie jest prawidłowe). Podłącz Data do bloku TextToSpeech który właśnie skopiowałeś oraz ustaw z: DataValue na: SayText w oknie Connections. Natomiast w oknie Data Connections ustaw value na SpeechText. Gdy skończysz twój schemat powinien wyglądać jak na rys. 10. Uruchomienie programu Rys. 10. Kompletny schemat programu JeŜeli wszytsko jest podłączone prawidłowo po uruchomieniu programu (F5 lub Run) komputer zliczy do dziesięciu (po angielsku), a na koniec powie All done. JeŜeli nic nie słychać sprawdź podłączenie oraz ustawienia głośników. Gdy komputer nie jest wyposaŝony w głośniki zamiast TextToSpeech uŝyj Simple Dialog (tak jak w ćw. 1).
Zadanie 3 tworzenie własnego bloku czynności Ćwiczenie pokazuje jak utworzyć własny blok czynności, który wykona te same zadanie co cały program w ćw. 2. Tworzenie własnych bloków pozwala na modularyzację aplikacji dzięki czemu będą one bardziej przejrzyste. Utwórz nowy projekt oraz dodaj blok Data. Ustaw jego wartość na 1. Utwórz nowy blok czynności wstawiając do schematu blok Activity. Upewnij się czy jest on zaznaczony (jego krawędzie będą podświetlone, jeśli nie kliknij na niego raz). W panelu właściwości (Properties) zmień pola Name oraz Friendly Name na CountTo10. Następnie otwórz blok czynności (klikając na niego dwukrotnie). Utworzy się nowa zakładka w polu schematu programu. Z rozwijanego menu Action (na górze pola schematu w zakładce nowej czynności) wybierz Action rys. 1. Rys. 1. Zakładka bloku własnej czynności (Activity) Pole schematu czynności przypomina pole schematu programu. Po obu stronach pola schematu czynności znajdują się przyłączenia wejściowe oraz wyjściowe z bloku czynności. Dane przepływają z wejść poprzez schemat czynności do wyjścia z bloku czynności. UŜyj polecenia Actions and Notifications z menu Edit. Kliknij w zakładkę Actions. Dodaj zmienną wejściową do czynności (będzie to zmienna od której później program zacznie odliczać). Zmień nazwę wielkości wejściowej (Input value) na StartValue oraz wybierz jej typ na Int. Kliknij OK. Rys. 2. Okno dialogowe Actions and Notifications
Wstaw do pola schematu czynności takie same bloki jak wstawiłeś w ćw. 2 (Merge, If, Calculate, Variable i Data) jednakŝe będą one inaczej połączone. Rozpocznij od ustawienia bloku Calculate po lewej stronie i podłącz go do wejściowego przyłącza. Wpisz: StartValue w polu bloku Calculate, w ten sposób zostanie pobrana dana wejściowa. Do bloku Calculate podłącz kolejno bloki Merge oraz Variable. Utwórz nową zmienną Test2 klikając w rozwijanym menu bloku Variable Define Variables. Wpisz nazwę zmiennej oraz ustaw jej typ na int. Rys. 3. Zmienna wejściowa Test2 Do wyjścia z Variable podłącz blok If oraz w jego polu tekstowym wpisz warunek logiczny: Test2 = 10 (znaki = oraz = = w VPL są równorzędne). Rys. 4. Blok If Dodaj nowy blok Calculate oraz obróć go (przyciśnij na nim prawym guzikiem myszy oraz wybierz flip connections). Do wyjścia Else podłącz blok Calculate, w którego polu wpisz: Test2 + 1 (inkrementacja zmiennej Test2) Wyjście z bloku Calculate podłącz do wejścia bloku Merge zamykając w ten sposób pętle inkrementacji.
Rys. 5. Petla inkrementacji Następnie tak samo jak w ćw. 2 podłącz do wyjścia bloku Variable zawierającego zmienną Test2 blok Calculate, a nastepnie wpisz w jego pole: "The number is " + Test2 Dodaj oraz podłącz do wyjścia z If blok Data. Wybierz typ string I wpisz w pole danej All done! Dodaj kolejny blok Merge do którego podłączwyjścia z Calculate i Data. Rys. 6. Końcowe bloki czynności Z menu Edit wybierz Actions and Notifications. W oknie dialogowym wybierz zakładkę Notifications oraz kliknij Add pod Notifications. Następnie kliknij Add pod Notification values. Nadaj nazwę Text klikając Add i wybierz typ string, nastepnie kliknij OK.
Rys. 7. Ustawienia Notifications Teraz moŝesz podłączyć wyjście z bloku Merge (jest to bloczek łączący działania stworzonej podczynności) do wyjscia Notification po prawej stronie oznaczone kropką (wyjście z schematu czynności). Ustaw połączenie (connection) z ForwardedOutput na Notification oraz wartość na value. Cały schemat czynności powninien wyglądać jak na rys. 8. Rys. 8. Kompletny schemat czynności Zamknij schemat czynności lub przełącz się na schemat programu głównego. Podłącz blok Data do bloku czynności właśnej CountTo10. Skopiuj i wklej blok CountTo10. Na koniec wstaw blok TextToSpeech I podłącz go do wyjścia Notification bloku CountTo10. Ustaw połączenie jako Notification oraz z Text na SpeechText.
Rys. 9. Program główny Uruchom program (F5 lub Run), efekt powinien być taki sam jak w przypadku ćwiczenia drugiego. MoŜe się zdarzyć, Ŝe program nie zlicza prawidłowo tzn. Nie pokoleji lub kolejne numery nachodzą na siębie, moŝe to wynikać z tego, Ŝe zanim numer zostanie wypowiedziany pęta zoastanie wykonana po raz kolejny. W takim wypadku naleŝy wybrać operację SayTextSynchronous zamiast operacji SayText. Zadanie 4 łączenie danych Ćwiczenie ma zadanie pokazać inny sposób przekazywania wartości zmiennej oraz jak łączyć dane z róŝnych źródeł. Porównaj schemat blokowy programu z zadania nr 2 z poniŝszym: Rys. 1. Zmodyfikowany schemat blokowy zadania 2go
Porównaj w obu schematach sposób przekazywania wartości zmiennej. Jaka jest róŝnica? Zmodyfikuj schemat z rys. 1 tak, aby na początku były zdefiniowane dwie wartości (Start i Stop). Wartość Start ma oznaczać liczbę od której program zacznie zliczać, natomiast Stop ma oznaczać liczbę na której program zakończy zliczanie. Do schematu konieczne jest dodanie bloku Join (rys. 2). Rys. 2. Blok Join Program ma działać podobnie jak poprzednie z tą róŝnicą, Ŝe mają być zdefiniowane dwie zmienne start i stop. Zliczanie ma się odbywać Start->Stop. Zadanie 5 blok DirectionDialog Ćwiczenie pokazuje przykład uŝycia bloku DirectionDialog. Utwórz program o schemacie blokowym jak na rys. 1. Rys. 1. Prosty DirectionDialog Zmodyfikuj schemat programu z rys. 1. tak aby po kaŝdorazowym naciśnięciu przycisku kierunkowego (w oknie DirectionDialog) oprócz wymówionej nazwy kierunku (tak jak działą program z rys. 1) pojawiło się dodatkowo okno dialogowe z informacją w języku polski jaki został naciśnięty przycisk (np. Przycisk Lewo ). Uwaga: NaleŜy dodatkowo wykorzystać bloki If, Data oraz SimpleDialog Zaliczenie ćwiczenia. Warunkiem zaliczenia jest wykonanie co najmniej zadań 1-3. Kryterium oceniania: 3 wykonanie zadań 1-3, 4 wykonanie zadań 1-3 oraz zadania 4 lub 5, 5 wykonanie zadań 1-5.
Bibliografia: 1. Microsoft Robotics Developer Studio Express 2008, help; 2. K. Kotlińska, A. Mućko,: Sterowanie robotem Pioneer 3DX w Microsoft Robtics Studio, sprawozdanie, Warszawa 2009.