Kommunikationsmodell einer PC-basierten Robotersteuerung

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Hardware / Betriebssystem

2 Grundlagen

2.1 Client-Server Kommunikation

2.1.1 Blockade/Verklemmung

2.2 TCP/IP

2.3 QNX-Inter-Prozess-Kommunikation

3 Architektur der Robotersteuerung

3.1 Object-Server

3.1.1 Nachrichten-Scheduling

3.1.1.1 Motivation

3.1.2 Anfragenbearbeitung

3.1.2.1 Motivation

3.1.3 Limitierung der Nachrichtenbenutzung

3.1.3.1 Motivation

3.1.4 Nachrichtenformat

3.1.5 Konfigurationsdatei

3.1.6 Object-Server Nachrichten

3.1.7 Klassenhierarchie

3.1.7.1 Die Klasse Message

3.1.7.2 Die Klasse connection

3.1.7.3 Die Klasse Scheduler

3.1.7.4 Die Klasse Requests

3.1.7.5 Die Klasse Table

3.1.7.6 Die Klasse ActionPool

3.1.7.7 Die Klasse InitFileEntry

3.2 Datenstrukturen

3.3 TCP/IP Interface

4 Anwendungen

4.1 Modifikation der vorhandenen Steuerung

4.1.1 Treiberanpassung

4.1.2 Regleranpassung

4.2 Eine Benutzeroberfläche

4.3 Leistung des Object-Server

5 Ausblick

6 Literatur

7 Anhang

7.1 Technische Daten Roboter

7.1.1 Referenzierung

7.1.2 Kalibrierung

7.2 Probleme

7.3 Zero++

7.4 Nachrichtenliste

7.4.1 Object-Server

7.4.2 Regler

7.4.3 Treiber

7.5 Programmerzeugung

Zielsetzung & Themen

Ziel der Arbeit ist der Entwurf und die Implementierung eines allgemeinen Kommunikationsmodells für eine PC-basierte Robotersteuerung, um eine universelle, skalierbare und netzwerkfähige Steuerungsumgebung unter dem Echtzeitbetriebssystem QNX zu schaffen.

• Entwurf und Implementierung eines zentralen Object-Servers für das Nachrichtenmanagement
• Realisierung einer TCP/IP-Schnittstelle zur netzwerkbasierten Steuerung
• Anpassung vorhandener Treiber- und Regler-Prozesse an das neue Kommunikationskonzept
• Vermeidung von Prozessblockaden und Sicherstellung der Systemintegrität

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Vorstellung der Aufgabenstellung zur Neuentwicklung einer PC-basierten Robotersteuerung unter QNX als Ersatz für veraltete Transputer-Systeme.

2 Grundlagen: Erläuterung der theoretischen Basis, insbesondere der Client-Server-Kommunikation, des TCP/IP-Protokollstapels und der Inter-Prozess-Kommunikation unter QNX.

3 Architektur der Robotersteuerung: Detaillierte Darstellung des Object-Servers, der Nachrichtenstrukturen, der Klassenhierarchien sowie der Datenstrukturen und Netzwerk-Schnittstellen.

4 Anwendungen: Beschreibung der Modifikationen an bestehenden Treiber- und Regler-Komponenten sowie die Vorstellung der implementierten Test-Benutzeroberfläche.

5 Ausblick: Diskussion möglicher Sicherheitserweiterungen und Performanceoptimierungen für zukünftige Entwicklungsstufen.

Schlüsselwörter

Robotersteuerung, Object-Server, QNX, Client-Server-Modell, TCP/IP, Nachrichten-Scheduling, Echtzeitbetriebssystem, Prozesskommunikation, IPC, Regleranpassung, Treiberanpassung, Nachrichtenformat, Hash-Tabelle, Netzwerk-Interface, Prozess-Synchronisation.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit?

Es geht um die Entwicklung eines neuen, PC-basierten Kommunikationsmodells für die bestehende Robotersteuerung des Typs manutec r2 am Institut für Robotik und Prozessinformatik, um eine zukunftssichere und flexible Forschungsplattform zu etablieren.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Zentrale Themen sind die Client-Server-Architektur, der Einsatz des Echtzeitbetriebssystems QNX, die Implementierung eines Object-Servers zur Nachrichtenverwaltung und die netzwerkbasierte Kommunikation via TCP/IP.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Das Ziel ist die Erstellung einer offenen, skalierbaren und preiswerten Robotersteuerung, die den Austausch von Komponenten zur Laufzeit ermöglicht und verschiedene Regelungskonzepte unterstützt.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit basiert auf einem systemtechnischen Entwurfsansatz, bei dem durch Client-Server-Trennung und Scheduling-Mechanismen Blockadefreiheit und Robustheit des Steuerungssystems erzielt werden.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil analysiert die Architektur der Steuerung, den Aufbau des Object-Servers inklusive seiner Klassen und Nachrichtenformate, sowie die notwendigen Modifikationen an den vorhandenen Treiber- und Regler-Prozessen.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die Arbeit lässt sich am besten durch Begriffe wie Robotersteuerung, Object-Server, QNX, Inter-Prozess-Kommunikation und netzwerkbasierte Systemarchitektur charakterisieren.

Wie löst der Object-Server das Problem zyklischer Blockaden?

Er verwendet einen Timeout-Mechanismus bei Nachrichtenübermittlungen und prüft zusätzlich, ob ein Absender einer neuen Anfrage mit dem Empfänger einer bereits bearbeiteten, aber noch offenen Anfrage identisch ist, um so Deadlocks proaktiv zu unterbinden.

Warum ist QNX als Betriebssystem gewählt worden?

QNX wurde aufgrund seiner Echtzeitfähigkeiten gewählt, da sich das ursprünglich in Betracht gezogene Betriebssystem Windows NT für die harten Anforderungen der Roboterregelung als ungeeignet erwies.