Лабораторная работа № 8

Тема: Программа тестирования элементов робота УРТК и состояния его СУ

Цель работы: освоение технологии разработки, отладки и применения программы, позволяю­щей проверить работоспособность всех элементов робота УРТК и состояние СУ.

Время выполнения работы: 4 академических часа.

Задание на выполнение лабораторной работы:

1.Изучить:

• пример программы TESTER.EXE, акцентировав внимание на интерфейсе пользователя этой программы и на ее функциях;

• алгоритм проверки работоспособности функций записи байта в порт и чтения байта из порта, который был реализован в лабораторных работах № 2-4.

2.Разработать:

• алгоритм тестирования, в котором должна быть описана проверка всех основных элементов (рабочего органа, двигателей ММ, датчиков, индикаторов пульта управления БУ), функций робота УРТК, состояния системы управления;

• программу по разработанному алгоритму тестирования. Предусмотреть тестирование в ручном (с остановкой, прерываниями с помощью клавиатуры) и автоматическом режиме (без прерываний);

3.Отладить разработанную программу на симуляторе и реальном УРТК. При

этом определить время работы программы тестирования в автоматическом

режиме. В завершенном виде предъявить ее преподавателю.

4.Выполнив работу, составить отчет по пунктам задания лабораторной

работы. Изучить все контрольные вопросы. Защитить отчет.

Порядок выполнения работы:

1. перед выполнением основного задания по работе следует проверить работоспособность СУ с помощью программы, которая называется

TESTER.EXE. Для правильного запуска программы следует:

— убедиться, что СУ находится в режиме ручного управления;

— включить тумблер "Сеть" на передней панели СУ;

— включить ПЭВМ и загрузить операционную систему;

— установить диск и каталог, в котором записана программа TESTER.EXE;

— запустить эту программу.

После запуска программы, на экране будут показаны окна: “Клавиатура”, “Датчики”, “Двигатели”, “Индикаторы”, “Сигналы”.

В ручном режиме двигатели, а также датчики проверяются по отдельности. Допустим необходимо проверить работу двигателя по степени X (двигатель М0, см. в табл. 2 разряды “0” и “1” DRV0). На экране в окне “Двигатели” эти разряды соответственно обозначены через X1(0) и Xr(0). Они отображают состояние двигателя (включен в положительном направлении – от двигателя, если активизирован бит X1(0); включен в отрицательном направлении – к двигателю, если активизирован бит Xr(0)). Когда двигатель остановлен, оба отображаемых бита находятся в сброшенном состоянии (серого цвета).

Для включения двигателя в отрицательном направлении движения (-1) нужно установить курсор (синее поле) на индикатор X1(0) и нажать на клавиатуре клавишу SpaceBar. Поле изменит свой цвет и подвижная платформа ММ степени Х робота придет в движение. Одновременно загорается лампочка , что свидетельствует о включении обмотки возбуждения двигателя. Произошло включение канала, индикатора на передней панели блока управления. Двигатель будет вращаться в выбранную сторону только тогда, когда битXr(0) сброшен. В процессе движения степени робота на экране можно наблюдать работу инкрементного датчика. Если этот датчик работает, то в окне “Датчики” бит SNS0, обозначенный как ,будет освещен красным цветом. В противном случае – серым. Для остановки двигателя необходимо нажать повторно на клавишу SpaceBar. В положительном направлении (+1) управление осуществляется точно также, только курсор устанавливается на индикатор Xr(0).

Аналогично может быть проверена работоспособность всех остальных двигателей и датчиков. Для проверки регистра управления светодиодными индикаторами нужно с помощью клавиши Tab сделать активным окно “Индикаторы” и работать с битами регистра LEDO. Для завершения работы с программой TESTER.EXE необходимо нажать на клавишу ESC.

По результатам тестирования системы управления необходимо представить в отчете те данные тестирования, которые будут использованы при выполнении задания к данной работе.

2) выполнить основное задание к лабораторной работе. При этом следует начать с разработки алгоритма тестирования, в котором в соответствии с темой данной работы должна быть описана проверка всех основных функций робота и системы управления им. В качестве контрольного примера можно использовать¹⁰ данные, выводимые на экран монитора программой TESTER.EXE. После этого необходимо уточнить задание у преподавателя, а затем приступить к написанию и отладке программы. Разработанную программу студент предъявляет преподавателю, а затем, если программа принята, через локальную сеть копирует в рабочую папку бригады на ПЭВМ УРТК, где выполняется окончательная ее отладка.

Для проверки работоспособности двигателей робота необ­ходимо перевести СУ УРТК в режим автоматического управления (тумблер на передней панели СУ) и нажать кнопку “Сброс”. После этого запустить созданную Вами программу тестирования. Это должно привести к включению/выключению двигателей ро­бота, перемещению в пространстве и работе схвата и (или) фрезы – рабочих органов робота.

Для проверки работоспособности датчиков робота необходимо привести в движение указанные в Вашем варианте ММ робота, наблюдая изменение бит регистров DRV0 и DRV1, а также регистров SNS0 – SNS1 блока управления с помощью интерфейсной части своей программы. Эта часть должна изображать окно на экране монитора, в которое выводятся результаты побитовой печати состояния регистров.

Изменение режима работы робота (пуск, останов, выбор степени ММ, изменение направления движения, другие операции) должно происходить с помощью клавиатуры, т.е. при ручном режиме управления.

Программа тестирования, которую Вы должны разработать в ходе выполнения данной лабораторной работы может работать аналогично программе TESTER.EXE.

Для завершения работы с программой нужно сначала перевести СУ УРТК в режим ручного управления (если она работала в автоматическом режиме), затем остановить двигатели и другие исполнительные механизмы. После предъявления отлаженной программы преподавателю необходимо все ММ робота перевести в исходное состояние. Если программа принята, и дано разрешение на отключение системы, то после этого нажатием на клавишу ESC клавиатуры ПЭВМ отключить систему.

Примечания: подпрограммы, разработанные в ходе выполнения лабора­торных работ № 2-4, должны быть включены в исходный текст программы тестирования с помощью директивы «#include».

Отчет должен содержать:

• номер, название и цель лабораторной работы;

• задание;

• алгоритм¹¹ (в виде блок-схемы) тестирования работоспособности элементов робота УРТК (рабочего органа, двигателей ММ, датчиков) и состояния СУ (индикаторов пульта БУ);

• описание особенностей алгоритма тестирования программы TESTER.EXE;

• результаты тестирования разработанной для УРТК и симулятора программы по заданному варианту;

• результаты тестирования разработанной программы;

• руководство пользователя;

• распечатку или рукописный текст программы;

• реквизиты (имя, путь доступа к программе, сведения об авторах) отлаженной программы;

• выводы.

Контрольные вопросы:

1. Как проверить работоспособность подпрограммы – функций записи данных в некоторый регистр блока управления и (или) чтения из регистра?

2. Разъясните, что означает термин “работоспособность” СУ УРТК и для чего используется тестирование процедур чтения и записи.

3. Как и с какой целью используется программа TESTER.EXE .

4. Какие варианты отображения значений бита можно использовать в программном интерфейсе при тестировании состояния регистров?

5. Как включить и выключить светодиод № 5 на панели управления? Как называется этот элемент системы управления?

6. Как включить и выключить двигатель №2 средствами Вашей программы?

7. Как включить и выключить нереверсивный двигатель? Загорится ли при включении какая-либо лампочка?

8. Что обозначают на передней панели управления светодиодные индикаторы М0-М5, а также М6-М9 при их включении и выключении?

9. Что обозначает светодиодный индикатор, находящийся на пересечении мысленно проведенных линий от “М2” вниз и от “Датчик1” влево передней панели БУ?

10. Объясните, каковы возможные состояния индикатора в позиции на пересечении мысленно проведенных линий от “М2” вниз и от “Н→К” влево?

11. Как определяется положение подвижной части ММ и с какой точностью?

12. Какую помощь оператору оказывает интерфейсная часть Вашей программы?

13. Каков порядок экстренного выключения УРТК?

14. Каковы требования Вашей программы к ресурсам ЭВМ?

Приложение 1. Основные требования и методические рекомендации

по выполнению лабораторных работ¹².

Любая лабораторная работа по дисциплине “Информатика” при создании программы на алгоритмическом языке Си требует от каждого студента знаний, умений и навыков алгоритмизации и программирования. Процесс создания программы включает также ее отладку и применение в тестовом примере в соответствии с заданием по теме конкретной работы. Практическая часть лабораторной работы выполняется на моделях виртуального робота и на реальном роботе. По разрешению преподавателя работа может выполняться бригадой из двух студентов (число УРТК и ЭВМ ограничено). Но обязательным условием является участие каждого студента в коллективном процессе создания программы. Отчет по выполненной работе должен быть индивидуальным и защищен автором в установленный срок.

Выполнение работы следует начать с изучения темы работы. Ее формулировка, как правило, заключает в себе ряд понятий, обозначаемых ключевыми словами. Следует вдуматься в их смысл с учетом контекста, т.е. взаимосвязи с другими словами в формулировке темы. Изучить тему следует заблаговременно, т.е. перед практическим выполнением работы. Имея доступ к методическим материалам и модель виртуального робота, в домашних условиях необходимо подготовиться к работе, понять ее цель. При подготовке следует прочитать рекомендуемую в библиографическом списке основную литературу и при необходимости – дополнительную, изучить и попытаться мысленно ответить на те вопросы, которые сформулированы в конце задания на выполнение соответствующей лабораторной работы.

После изучения цели работы, которая ориентирует студента на строго определенный конечный результат, необходимо каждому студенту самостоятельно оценить возможные пути достижения сформулированной цели. Затем следует выбрать наиболее рациональный вариант ее достижения. Всю последующую работу необходимо подчинить этой цели.

Задание, содержащееся в указаниях к работе, определяет ее содержание, объем и порядок выполнения. Необходимо изучить каждый пункт задания перед его выполнением. Можно организовать текущую работу также и в бригаде, но так, чтобы пункты задания были распределены по всем исполнителям – членам бригады студентов и детально ими проработаны с последующим ознакомлением остальных исполнителей. Затем необходимо скоординировать работу. Это позволит каждому студенту, работая в коллективе, освоить весь объем работы, ускорить процесс выполнения задания, избежать определенных ошибок.

К выполнению лабораторной работы допускаются студенты, имеющие рабочую тетрадь, в которой по каждой работе перед ее выполнением представлена подготовленная часть отчета - протокол. После опроса по содержимому протокола преподаватель принимает решение о допуске студента к практической части работы непосредственно на реальном стенде УРТК. После выполнения лабораторной работы в полном объеме студент должен оформить, а затем представить преподавателю отчет по лабораторной работе. Отчет должен включать протокол и дополняться результатами общей практической части работы на виртуальной модели и на стенде. В целом отчет должен удовлетворять установленным требованиям как по содержанию, так и по форме.

Все отчеты оформляются в одной тетради. Тетрадь сохраняется как минимум до окончания семестра. Составная часть каждого отчета - протокол к отчету по лабораторной работе.

Обычно протокол включает:

• номер и название темы лабораторной работы;

• цель работы;

• порядок выполнения лабораторной работы;

• структурную схему СУ УРТК с выделенными на ней теми элементами системы, которые задействованы в разработанной программе;

• временную диаграмму выполнения основных операций (чтения, записи, и (или) других операций согласно выполняемому заданию);

• блок-схему (по ГОСТ) алгоритмов всех создаваемых по заданию подпрограмм и программы;

• созданную с применением Симулятора – модели робота УРТК программу по теме лабораторной работы.

В отчете, помимо протокола, должны содержаться:

• распечатка (или рукописный вариант) исходного текста созданных и отлаженных подпрограмм (-мы) и главной программы;

• результаты измерения времени выполнения про­граммы, объем файла;

• результаты тестирования программы с выводами о ее работоспособности.

Требования к протоколу и отчету по отдельным позициям могут быть уточнены руководителем занятий с учетом возможных изменений в графике занятий.

Текст (исходный код) разработанной программы должен содержать комментарии. Комментарии должны пояснять назначение объектов программы (препроцессорных директив, модулей, функций, макросов, констант, переменных) и выполняемые действия. Обозначения объектов в блок-схеме алгоритма и в соответствующей программе обязательно должны совпадать.

Создавая блок-схему алгоритма решаемой задачи, следует определить состав подпрограмм (модулей) разрабатываемой программы. В каждой из них необходимо кратко описать выполняемые функции. В той или иной подпрограмме при необходимости могут быть сформированы свои подпрограммы, а в них - свои. Таким образом будет проведена декомпозиция алгоритма решаемой задачи и обеспечена его структурированность. Далее следует для каждой из подпрограмм разработать блок-схему соответствующей части алгоритма. Целесообразно для каждой части (модуля) алгоритма составить таблицу констант, типов, переменных, функций и макросов.

Каждая из выполненных лабораторных работ будет оцениваться преподавателем по результатам защиты и с учетом сроков выполнения работы. Сроки определяются графиком учебного процесса (расписанием занятий по курсу “Информатика”). Несвоевременная сдача отчета снижает общую оценку. Оценка осуществляется по следующим параметрам:

• соответствие содержания отчета теме лабораторной работы и индивидуальному заданию по ней;

• качество оформления отчета и полнота описания разработанного алгоритмического и программного обеспечения;

• качество написанных студентом программ.

При оценке качества будет учитываться:

• структурированность алгоритма и программы;

• эффективность (по требуемому объему памяти и быстродействию) разработанных алгоритмов и реализующих их программ.

Принятую преподавателем программу необходимо сохранить в рабочей папке диска лабораторного компьютера на своем личном носителе информации (а также на дискете или CD, или Flash). Целесообразно сохранять также и промежуточные версии программы или ее части.

Приложение 2.Симулятор робота УРТК.

Симулятор представляет собой программный комплекс виртуальной модели робота УРТК. Он имеет упрощенную интегрированную среду программирования типа системы Borland C++, которая позволяет создавать исходный код программы, редактировать его и производить отладку. Инструменты среды позволяют открывать написанные ранее программы, изменять, сохранять и запускать их, используя для этого компилятор Borland С++ “усеченной” версии (в частности, среда не поддерживает графический режим использования монитора).

Симулятор позволяет работать в специальном многооконном приложении (рис.1). Его окна имеют следующее назначение:

окно просмотра 3D-модели робота показывает 3-х мерную модель робота, позволяет вращать его для просмотра действий робота с наиболее удобного ракурса, а так же наблюдать движения модели робота, совпадающие с действиями реального робота при той же последовательности команд;

окно текста программы – позволяет писать и вносить изменения в программу;

окно выполнения программы – позволяет увидеть результат выполнения написанной (отредактированной) программы, а также увидеть состояние регистров СУ.

Рис. 1. Симулятор УРТК в процессе компиляции программы.

Виртуальный робот, как и реальный, имеет 2 режима управления: ручной и автоматический. В ручном, необходимо управлять стрелками и кнопками, расположенными в окне просмотра 3D-модели(справа, рис.2). Это окно используется не только для просмотра модели, но и для эмуляции движений робота. Он двигается по нажатию на стрелочки, а выключается при повторном нажатии. Движение может быть задано по всем степеням подвижности и по каждой в два противоположные направления. Перед заданием направлений движения необходимо включить кнопку “Ручной режим”. После выполнения режима ручного управления эту кнопку нужно выключить. Над стрелками расположена панель индикации со светодиодами, которая позволяет отслеживать состояние двигателей и датчиков.

В автоматическом режиме, после нажатия кнопки “Автомат”, программа управления роботом считывает данные с симулируемого LPT порта БУ, формирует задания (уставки) и управляет всеми ММ по загруженной в симулятор программе. Результат работы программы можно наблюдать визуально в окне просмотра 3D-модели робота УРТК.

Рис. 2. Демонстрация подготовленной к выполнению программы, которая будет управлять как реальным, так и виртуальным роботом.

Симулятор позволяет иметь любому студенту свой собственный индивидуальный УРТК, который можно программировать, имея персональный компьютер. Отлаженную на симуляторе программу управления роботом, можно загрузить в ЭВМ УРТК с реальным роботом. По такой схеме можно выполнить все лабораторные работы практикума.

1Концепция практикума предложена авторами работы [1]. Содержание данного практикума (II часть) по сравнению с вариантом [2] незначительно изменено. Методические указания по лабораторным работам практикума с изменениями и дополнениями включены в электронный информационный образовательный ресурс (ЭИОР) системы дистанционного обучения (СДО) по направлениям 221000 – “Мехатроника и робототехника” и 220400 – “Управление в технических системах”.

2 Симулятор разработан студентами Н. Черунковым и М. Шелухиным под руководством Ю.Г. Ионова.

3Всегда начинать работу необходимо с установки движущихся ММ в исходное состояние !

4Так как не все роботы УРТК имеют модули вращения, то для выполнения этого пункта задания перейдите на лабораторную установку с соответствующим роботом.

5

и ко всем другим

6

без оформленного протокола студент не допускается к выполнению работы на стенде УРТК. Студент, не прошедший инструктаж по правилам работы на стенде и технике безопасности, также не допускается к занятиям в лаборатории.

7

Вопросы относятся не только к текущей, но и к предыдущим лабораторным работам.

8Отладка может быть выполнена на симуляторе УРТК.Разработанная и предварительно отлаженная программа аттестуется преподавателем, а затем через локальную сеть переносится на ПЭВМ УРТК, где выполняется ее окончательная отладка;

9программа может включать не одну, а несколько подпрограмм (по числу управляемых степеней). Соответствующий вариант студентом выбирается самостоятельно.

10Целесообразно ознакомиться с программойInterface.exe, разработанной студентом Горбуновым К. при выполнении им данной лабораторной работы (в библиотеке программ управления роботом УРТК). Программа исчерпывающе демонстрирует свои функции.

11Рекомендуется отладить программу, используя симулятор УРТК.

12Здесь описаны требования, которые должны учитываться во время выполнения всего лабораторного практикума. Конкретные требования дополнительно даны в описании к каждой лабораторной работе.