Diplomarbeit - Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden

Diplomarbeit: Modulares System Programmierung der Knotenpunkte
6. Programmierung der Knotenpunkte
Herkömmliche Robotersysteme besitzen im Allgemeinen einen leistungsfähigen Prozessor als
zentrale Einheit, an den die Sensoren und Aktoren direkt angeschlossen werden. Der Vorteil dieses
Aufbaus liegt darin, dass nur eine einzige rechenstarke Einheit programmiert werden muss. Der
Nachteil ist, dass solche Systeme in der Anzahl der anschließbaren Sensoren und Aktoren meist stark
begrenzt sind. Oft sind nicht mehr als zehn Anschlüsse vorhanden. Für größere Roboter müssen dann
mehrere dieser Prozessoren vernetzt oder ein Bussystem integriert werden. Zusätzlich ist der
Wechsel auf einen anderen leistungsfähigeren Prozessor zum Teil sehr aufwendig, da viele Teile der
Programme neu entwickelt werden müssen. Des Weiteren ist eine Erweiterung des bestehenden
Roboters meist nur durch Abschalten und Neuprogrammierung möglich. Eingriffe in ein laufendes
System sind normalerweise nicht vorgesehen.
Mit einem Netzwerk von einzeln agierenden Sensoren und Aktoren ist es möglich, genau diese
Nachteile zu umgehen. Jeder Knotenpunkt läuft weitestgehend autark und kann zu jeder Zeit aus dem
Netzwerk entfernt werden. Sollten andere Teilnehmer auf Informationen von ihm angewiesen sein,
bekommen sie zwar eine Fehlermeldung und können unter Umständen ihre Aufgabe nicht mehr
vollständig wahrnehmen, aber dies beeinflusst in vielen Fällen nicht das Gesamtsystem. Es kann
weiter laufen und sobald der entfernte Knotenpunkt wieder aktiv wird, ist der alte Zustand ohne
Unterbrechung wiederhergestellt. Dadurch können (nahezu) beliebig viele Sensoren und Aktoren
miteinander kombiniert werden. Damit sich die Kosten für so ein Netzwerk nicht überschlagen,
müssen die Steuereinheiten für jeden Sensor und Aktor entsprechend günstig sein. Statt einem
leistungsfähigen Zentralrechner wird eine Vielzahl kleinerer Controller verwendet.
Der Nachteil bei dieser Herangehensweise ist, dass jeder dieser Controller separat programmiert
werden muss. Solange alle vom gleichen Typ sind, ist der Aufwand noch überschaubar, aber sobald
später einmal das Netzwerk erweitert werden soll und die verwendeten Controller nicht mehr
verfügbar sind oder leistungsfähigere Controller verwendet werden sollen, würde der Aufwand wieder
stark ansteigen. Sinn macht es daher, von Anfang an auf den Controllern eine Virtuelle Maschine zu
installieren. Werden die Controller ausgetauscht, muss nur die Virtuelle Maschine für den neuen
Controllertyp angepasst werden und alle Steuerungsprogramme funktionieren ohne Änderung weiter.
Am einfachsten wäre es für den Entwickler, wenn er für die Programmierung des Netzwerkes eine der
momentan verbreiteten Sprachen (wie C++, Pascal oder JAVA) verwenden könnte. Leider sind diese
Sprachen mittlerweile so komplex und umfangreich, dass eine dazugehörige virtuelle Maschine die
Leistungsfähigkeit eines einfachen Controllers mit wenig Speicher schnell übersteigen würde. Nach
Rücksprache mit Prof. Dr.-Ing. Beck (Professor für Compiler/Interpreter-Bau an der HTW-Dresden) fiel
die Wahl auf einen von ihm verwendeten Compiler, der auf der Sprache PL0 basiert. Die zugehörige
Virtuelle Maschine ist so klein gehalten, dass sie auch auf Controllern mit wenigen hundert Byte
Speicher zumindest einfache kleine Programme noch ausführen kann, die zu Steuerzwecken in der
Regel ausreichen.
26.07.2004 Seite 39 von 85