Разработка программы контроля робота

Далее описаны этапы разработки программы контроля робота. Требования к данной программе были описаны в предыдущей главе, теперь же рассмотрим сам процесс разработки. При помощи встроенных возможностей среды разработки QT Creator был создан интерфейс программы. После чего была разработана внутренняя логика программы, созданы функции, после чего было выполнено создание программы самого робота и проверка их работы друг с другом.

Для таких команд пользователя как «Создать новое действие», «Удалить текущее действие», «Сохранить движения», «Загрузить движения», «Установить базовые значения», «Сохранить базовые значения», «Выполнить движения» были созданы кнопки при помощи элемента «Push Button» дизайнерского режима QT Creator.

Кнопки были выбраны для данных команд для упрощения взаимодействия пользователя с программой контроля и по причине того, что стандартная кнопка полностью удовлетворяет требованиям, которые могут предъявляться к элементу, запускающему выполнение соответствующих функций: они имеют видимое пользователю описание, при необходимости они могут быть переведены в неактивный режим, а все, что требуется для запуска функции — нажатие мышкой.

В качестве полей для ввода значений положений сервомоторов и задержки после движения, а также выбора текущего действия, были использованы элементы «Spin Box», как одновременно позволяющие вводить необходимые значения, при необходимости ограничивая их некоторым диапазоном, так и показывающие те, что были введены ранее. Также, этот элемент содержит кнопки для управления им одной лишь мышью, что позволяет использовать программу без клавиатуры. Все элементы данной группы были подписаны при помощи другого элемента QT Creator — «Label». Он позволяет создавать текстовые вставки в визуальной части программы.

Для управления состояниями светодиодов были выбраны элементы «Check Box», которые позволяют выбрать одно из двух возможных состояний: «включен» или «выключен». Также, как и прочие компоненты, его можно вводить в состояние «неактивен», что позволяет не только лишить пользователя возможности совершить действие, которое могло бы привести к различного вида проблемам, но и дополнительно концентрирует его внимание на активных элементах, тем самым повышая удобство и понятность интерфейса.

Подписывать каждый отдельный элемент не имеет смысла — в таком случае они займут много визуального пространства программы, к тому же сложно идентифицировать отдельный светодиод на самом роботе и придумать ему уникальное запоминающиеся название, поэтому элементы по контролю состояния светодиодов были сгруппированы по их местоположению на три группы: «Рот», «Левая бровь» и «Правая бровь», а относительно друг друга группы расположены таким образом, чтобы каждый элемент контроля визуально располагался соответственно его реальному местоположению на голове робота.

Для идентификации пользователем вся группа элементов была подписана при помощи элемента «Group Box», выполняющая функцию объединения нескольких элементов в одну группу.

Оставшееся элемент интерфейса — поле для выбора порта, в который подключен робот, реализован при помощи элемента «Combo Box», дающий пользователю возможность выбрать один из нескольких заранее подготовленных вариантов. Помимо этого, «Label» был использован для отображения количества существующих в данный момент движений. Полный интерфейс программы представлен на рисунке 32.

Теперь перейдем непосредственно к логике программы и рассмотрим все имеющиеся функции. Основными переменными являются actionArrY и два двухмерных массива — arr [] [] и arr_led [] [].

Рис. 32. Интерфейс программы контроля

Первая является целочисленной величиной и содержит общее число движений, которые записаны на данный момент. Целочисленный массив arr [] [] несет в себе информацию о заданном положении каждого сервомотора, например, arr [i] [j] содержит информацию о положении j-сервомотора в i-движении. Кроме того, arr [i] [17] содержит информацию о задержке после i-движения. Массив bool arr_led [] [] хранит данные о состоянии светодиодов, например, если arr_led [i] [j] содержит «true», состояние j-светодиода i-движения — «включен» .

При изменении значения в одном из «Spin Box», связанных с сервомоторами запускается функция on_spinServoX_valuechanged (), которая выполняет проверку: является ли активным элемент spinCurrAction, показывающий текущее редактируемое движение, что показывает включен ли в данный момент режим установки базовых значений для сервомоторов. Если режим установка базовых значений в данный момент не включен, то функция изменяет соответствующий данному сервоприводу и текущему движению элемент массива arr [] [], в противном случае меняется значение в массиве arr_def [], который содержит информацию о базовых положениях сервомоторов. Визуально программа постоянно показывает последнее значение, установленное пользователем для текущего движения.

Изменение значения «Spin Box», связанного с задержкой после движения, вызывает функцию on_spinDelay_valueChanged (), записывающую новое значение в массив arr [i-1] [17], где i соответствует значению spinCurrAction. Визуально программа постоянно показывает последнее значение, установленное пользователем для текущего движения.

Изменение состояния одного из «Check Box», соответствующего одному из светодиодов вызывает функцию on_checkBoxX_stateChanged (), которая сохраняет новое состояние в массиве arr_led [i-1] [j], где i соответствует значению spinCurrAction, а j — номеру светодиода, с которым связан данный «Check Box» .

Изменение значения «Spin Box», связанного с номером текущего редактируемого действия вызывает функцию on_spinCurrAction_valueChanged (), которая производит сравнение нового значения с actionArrY. Если значение меньше или равно actionArrY, то программа устанавливает на всех «Spin Box», кроме spinCurrAction, а также всех «Check Box» соответствующие значения, взятые из массивов arr [i-1] [] и arr_led [i-1] [], где i соответствует новому значению spinCurrAction. Если новое значение больше actionArrY, то вышеперечисленные действия производятся относительно значения actionArrY.

Нажатие кнопки «Load default position» вызывает функцию on_buttonCalibrateLoad_clicked (), которая делает неактивными все элементы, включая саму кнопку «Load default position», за исключением «Spin Box», отвечающих за положения сервомоторов. Кнопка «Save as default», наоборот, становится активной, обозначая тем самым включение режима установки базовых значений для сервомоторов, относительно которых и будут считаться все прочие значения. В этом режиме изменения в значениях положения сервомоторов сохраняется в массив arr_def []. Нажатие кнопки «Save as default» вызовет функцию on_buttonCalibrateSave (), которая вернет программу обратно в исходное положение, сделав все элементы активными.

Нажатие кнопки «Create new action» вызывает функцию on_buttonCreateAction_clicked (), которая увеличивает параметр actionArrY на 1, обновляет текст «Label» с этой информацией, после чего производит последовательное присвоение элементам массивов arr [] [] и arr_led [] [] значений с предыдущих строк, отвечающих за предыдущие движения, начиная со строки actionArrY-1 вплоть до строки, соответствующей значению spinCurrAction. Таким образом происходит последовательный перенос всех движений после только что созданного на одно вперед, а строки массивов arr [] [] и arr_led [] [], соответствующие значению spinCurrAction обнуляются. После этого вызывается функция on_spinCurrAction_valueChanged (), которая выбирает текущим движением только что созданное.

Нажатие кнопки «Delete current action» вызывает функцию on_buttonDeleteAction_clicked (), которая уменьшает значение переменной actionArrY на 1, обновляет текст «Label» с этой информацией, после чего производит обнуление строк arr [actionArrY-1] [] и arr_led [actionArrY-1] [] последовательное присвоение элементам массивов arr [] [] и arr_led [] [] значений со следующих строк, отвечающих за следующие движения, начиная со строки, соответствующей текущему значению spinCurrAction-1, и заканчивая строкой, соответствующей значению actionArrY-1. Таким образом, происходит сдвиг всех движений на одно назад, начиная с текущего и заканчивая последним существующим.

Нажатие кнопки «Save program» вызывает функцию on_buttonSave_clicked (), которая открывает диалоговое окно выбора файла, где пользователем указывается путь к файлу. После того, как файл сохранения выбран, программа открывает его в режиме «WriteOnly», после чего записывает в него значение переменной actionArrY, на следующей строке располагает элементы массива arr_def [], разделенные символом «;», а дальше последовательно располагает строку массива arr [i] [], разделяя элементы символом «;», за которыми на следующей строке располагаются значения строки массива arr_led [i] []. Процесс повторяется, постепенно увеличивая значение i, начиная с 0, до тех пор, пока оно не достигнет значения, равного actionArrY-1. После окончания записи файл закрывается. Таким образом, вся информация о движениях записывается в один файл.

Нажатие кнопки «Load program» вызывает функцию on_buttonLoad_clicked (), которая открывает диалоговое окно выбора файла, где пользователем указывается путь к файлу, содержащему команды программы управления. После того, как файл загрузки выбран, программа открывает его в режиме «ReadOnly», после чего построчно считывает из него значение actionArrY, значения arr_def [], записанные в одной строке и разделенные символом «;». Разделение строки на отдельные значения происходит при помощи функции separate (). Дальнейшие строки содержат поочередно строки для массива arr [] [], которые также разделяются при помощи функции separate (), и строки для массива arr_led [] [], которые разделяются при помощи функции separate_led (). Чтение происходит либо до конца файла, либо до тех пор, пока количество считанных строк в массиве arr [] [] не достигнет значения actionArrY.

Функция separate_led () принимает в себя строку, содержащую сорок один символ, каждый из которых является либо нулем, либо единицей, и номер строки массива arr_led [] [], в который и предстоит загрузить разделенные значения. Последовательно функция записывает в указанную строку массива arr_led [] [] по одному символу из строки, пока количество переданных символов не достигнет сорока одного.

Функция separate () принимает в себя строку, содержащую значения положений сервомоторов, разделенные символом «;», указатель на массив, в который будут записываться полученные значения и целочисленный указатель на номер текущей строки, в которую следует производить запись. Функция запускает цикл, в котором ищет в строке символ «;», после чего выделяет подстроку от положения предыдущего символа «; «(или от начала строки, если цикл выполняется первый раз) и записывает его в соответствующую ячейку указанного массива. Цикл повторяется до тех пор, пока не дойдет до конца строки.

Нажатие на кнопку «Start» вызывает функцию on_buttonStart_clicked (), которая считывает значение из comboCom, который содержит название выбранного пользователем порта. После этого происходит открытие порта, после чего начинается передача данных, которая происходит следующим образом. Сначала отправляется значение переменной actionArrY вместе с символом «;», после него отправляются значения массива arr_def [], после каждого из которых отправляется символ «;». Дальше программа таким же образом отправляет значения массива arr [] [] и, наконец, массив arr_led [] [] передается целыми строками, отправляя символ «; «после каждой посланной строки. Таким образом, вся информация о записанных движениях передается роботу, где программа самого робота производит дальнейшую обработку и выполнение команд.

Рассмотрим в деталях программу самого робота, написанную на языке Arduino. По причине большого количества используемых сервоприводов, были использованы дополнительные технические средства, например, Amperka Multiservo Shield, которая предоставляет ножки для 18 сервомоторов. В связи с этим потребовалось использование специальной библиотеки, которая по своим возможностям схожа с библиотекой, изменяя лишь пины, к которым будут привязаны сервомоторы внутри программы, с ножек самой Arduino Mega 2560 на ножки Multiservo Shield.

Изначально программа создает массив переменных класса Multiservo, а также переменную mode, равную нулю и отвечающую за то, в каком состоянии сейчас находится робот, после чего привязывает виртуальные отображения сервоприводов к реальным объектам и приводит робота в базовое положение — стоя. После этого программа ожидает получения сигналов от программы контроля. После получения первого числа на его основе формируется целочисленный и булевый массивы, в которых и будут записаны все полученные далее данные, а mode становится равным единице. Все последующие значения записываются в массив arr [] [], соответствующий по назначению аналогичному массиву программы контроля. Как только массив arr [] [] будет заполнен переменная mode становится равной двум, и программа начинает записывать остальные получаемые данные в массив arr_led [] [], который соответствует аналогичному массиву программы контроля. После заполнения массива arr_led [] [] переменная mode становится равной трем, после чего начинается выполнение полученных команд.

Таким образом, было налажено взаимодействие между программой контроля и программой-прошивкой самого робота.