GRAFCET虛擬機器應用於機器人系統開發

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姓名

鐘賜海(Tzu-hai Chung) 查詢紙本館藏

畢業系所

資訊工程學系

論文名稱

GRAFCET虛擬機器應用於機器人系統開發
(Applying Embedded GRAFCET Virtual Machine System for Robot Development)

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摘要(中)

在傳統的嵌入式系統開發流程中，從開發、驗證甚至佈署，容錯性均不高。只要一個環節出錯，後續的更新代價相當昂貴，通常都必須透過USB、JTAG等實體線材重新進行程式碼燒錄，耗費許多時間與人力成本。
本論文利用GRAFCET虛擬機器的特性，用此作為嵌入式軟體架構來設計機器人系統開發平台。並將其實作於ARM Coretex-M4為核心的智慧型IO控制器SIOC上。同時搭配開發Android行動裝置平台上的圖形化GRAFCET編輯程式以產生GPP。以這兩種搭配成為一個具有快速開發、驗證以及主、被動更新能力的機器人開發平台。並且透過實驗驗證，這種開發方式可以突破傳統的嵌入式系統開發思維，使得雲端也可能成為嵌入式系統程式來源的一部分。

摘要(英)

It is strict in developing embedded system using ordinary ways. From developing, verifying to deploying, a potential problem could cause a hung problem later. If there are serious bugs in deployed embedded systems, many tools such as USB, JTAG or other fixture, human resources and time are required for flashing the corrected firmware into the embedded system to fix bugs.
This paper applying the schema of embedded GRAFCET virtual machine as embedded robot development platform. We implement the embedded part of this platform on an ARM Coretex-M3 based intelligent I/O controller called SIOC. An GUI based application for Android mobile device platform was also implemented as the development part of this platform. A developer can easily use this platform as a rapid development platform for developing robot applications.
Through the experiments we also notice this development platform is a much more powerful than ordinary embedded development platforms. Integrating the cloud resources as part of embedded system is possible by using our development platform.

關鍵字(中)

★ GRAFCET
★ 虛擬機器
★ 機器人

關鍵字(英)

★ Robot
★ GRAFCET
★ Virtual machine

論文目次

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 vii
第一章、緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 論文架構 3
第二章、機器人嵌入式平台設計方法回顧 5
2.1 傳統機器人系統開發 5
2.2 圖型化機器人系統開發 5
2.3 MIAT智慧型機器人嵌入式計算平台 8
第三章、GRAFCET虛擬機器 11
3.1 階層式、模組化的系統功能架構設計 11
3.2 GRAFCET 描述語言 16
3.3 GRAFCET虛擬機器 22
3.4 GVM應用程式 26
3.5 GVM應用程式的佈署和執行 28
第四章、GVM智慧型機器人系統開發 32
4.1 機器人系統架構 32
4.2 GRAFCET虛擬機器的中介軟體設計 33
4.3 GVM虛擬中介軟體 45
4.4 機器人自主更新程式 46
第五章、軟硬體整合實驗 48
5.1 GRAFCET虛擬機器軟、硬體平台 48
5.2 主控端軟硬體平台 52
5.3 GRAFCET虛擬機器運作實驗 53
5.4 遠端即時更新實驗 56
5.5 機器人自主更新程式實驗 58
第六章、結論與未來方向 61
6.1 結論 61
6.2 未來方向 61
參考文獻 63

參考文獻

[1] Douglas C. Schmidt , Aniruddha Gokhale , Richard E. Schantz , Joseph P. Loyall, “Middleware R&D challenges for distributed real-time and embedded systems”, ACM SIGBED Review, v.1 n.1, p.6-12, April 2004
[2] Jozef Hooman , Teun Hendriks, “Model-Based Run-Time Error Detection”, Models in Software Engineering: Workshops and Symposia at MoDELS 2007, Nashville, TN, USA, September 30 - October 5, 2007, Reports and Revised Selected Papers, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2008
[3] ARM Ltd., http://www.arm.com/products/processors/index.php
[4] 柳家瑋, “基於GRAFCET虛擬機器之無線感測制動網路”, 國立中央大學資訊工程研究所碩士論文, 2011
[5] SONY Corp., http://www.sony.net/SonyInfo/News/Press_Archive/199905/99-046/
[6] Innvo Labs Corp., http://www.pleoworld.com/pleo_rb/eng/index.php
[7] LEGO Mindstorms, http://mindstorms.lego.com/en-us/Default.aspx
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[9] Wikipedia, http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%AF%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E9%82%8F%E8%BC%AF%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%99%A8
[10] Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/File:Lego_Mindstorms_Nxt-FLL.jpg
[11] LEGO Mindstorms, http://shop.lego.com/en-US/NXT-Intelligent-Brick-9841
[12] LEGO Mindstorms, LEGO MINDSTORMS NXT Hardware Developer Kit
[13] 劉思廷, “智慧型機器人的嵌入式平台,” 國立中央大學資訊工程研究所碩士論文,2008
[14] Ching-Han Chen, Chia-Ming Kuo, Chen-Yuan Chen and Jia-Hong Dai, “The design and synthesis using hierarchical robotic discrete-event Modeling”. Journal of Vibration and Control, doi:10.1177/1077546312449645., 2012
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[16] 謝欣蓓. “整合GRAFCET虛擬機器的智慧型控制器開發平台”, 國立中央大學資訊工程研究所碩士論文, 2011
[17] CHEN, Ching-Han; DAI, Jia_Hong, “Design and high-level synthesis of discrete-event controller”, National Conference of Automatic Control and Mechtronics System, vol.1, pp. 610–615, 2002
[18] 陳慶瀚, “智慧型IO控制器(SIOC)與應用系統開發”, MIAT實驗室講義, 2010
[19] Android SDK, http://developer.android.com/sdk/index.html, Google Inc..

指導教授

陳慶瀚(Ching-han Chen)

審核日期

2012-8-8

推文