Die vorliegende Arbeit dokumentiert die Konzeption sowie die Implementierung einer Windows-Bedienoberfläche zur Steuerung und Kontrolle einer mobilen Plattform, der MP-400 des Herstellers Neobotix. Dazu wurden zunächst die theoretischen Grundlagen zu den Themen „Mobile Roboter“ und „Softwareentwicklung“ erarbeitet. Neben der Abgrenzung des Begriffes werden im Kapitel „Mobile Roboter“ der aktuelle Stand der Technik bezüglich Sensoren, Aktoren, Lokalisierung und Navigation, mögliche Anwendungsgebiete und die Plattform Neobotix MP-400 vorgestellt. Der Fokus liegt dabei auf autonomen mobilen Robotern. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sie sich in nicht speziell modifizierten Umgebungen frei fortbewegen können. Das Kapitel „Softwareentwicklung“ definiert die Anforderungen an Softwarequalität und bildet mögliche Vorgehensweisen ab.
Der praktische Teil, die Entwicklung der Bedienoberfläche, ist in die vier Abschnitte Anforderungen, Konzeption, Implementierung und Test untergliedert. Der Anforderungskatalog listet alle benötigten Funktionen auf, die in einem iterativen Prozess erarbeitet wurden. Das Konzept beschreibt die einzelnen Bildschirmmasken der Bedienoberfläche und die Funktionen der einzelnen Steuerelemente sowie die zur Kommunikation mit dem Server benötigten Befehle. In einer Komponentenübersicht ist das Zusammenspiel der wichtigsten Programmmodule dargestellt. Der Abschnitt „Implementierung“ beinhaltet die Vorstellung des verwendeten Anwendungstyps WindowsForms, die Datenhaltung in einer Microsoft Access-Datenbank, die Programmstruktur und die Beschreibung der wichtigsten Prozesse. Abschließend werden die durchgeführten Tests zur Validierung der Anwendung aufgelistet.
Das Ergebnis der Arbeit ist eine Bedienoberfläche, die grundsätzlich all den definierten Anforderungen entspricht.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
1.1 PROBLEMSTELLUNG
1.2 VORGEHENSWEISE
2 MOBILE ROBOTER
2.1 ABGRENZUNG DES BEGRIFFES
2.2 STAND DER TECHNIK
2.2.1 Module eines mobilen Roboters
2.2.2 Sensoren
2.2.3 Aktoren
2.2.4 Lokalisierung
2.2.5 Navigation
2.3 ANWENDUNGSGEBIETE
2.4 NEOBOTIX MP-400
2.4.1 Aufbau der Plattform
2.4.2 Zusätzliche Komponenten
3 SOFTWAREENTWICKLUNG
3.1 ANFORDERUNGEN AN DIE QUALITÄT
3.2 VORGEHENSMODELLE
4 ANFORDERUNGEN AN DIE BEDIENOBERFLÄCHE
5 KONZEPTION
5.1 BILDSCHIRMMASKEN
5.1.1 Fahraufträge
5.1.2 Kamera
5.1.3 Logfile
5.1.4 Einstellungen
5.1.5 Kontrollpanel
5.2 KOMMUNIKATIONSKONZEPT
5.3 KOMPONENTENÜBERSICHT
6 IMPLEMENTIERUNG
6.1 WINDOWS FORMS
6.2 DATENHALTUNG
6.2.1 Datenbankstruktur
6.2.2 Datenbankzugriff
6.3 PROGRAMM
6.3.1 Struktur
6.3.2 Multithreading
6.3.3 Codierung Datenstring Roboterstatus
7 TEST
8 FAZIT UND AUSBLICK
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Konzeption und Implementierung einer benutzerfreundlichen Windows-Bedienoberfläche zur Steuerung und Überwachung des mobilen Roboters Neobotix MP-400, wobei ein Server als Schnittstelle fungiert.
- Grundlagen mobiler Roboter und autonomer Systeme
- Methodik der iterativen Softwareentwicklung (Prototyping)
- Entwurf der Bedienoberfläche (Funktionen, Masken, Kommunikation)
- Implementierung mit Windows Forms, Access-Datenbank und Multithreading
- Test und Validierung der Softwareanwendung
Auszug aus dem Buch
2.1 ABGRENZUNG DES BEGRIFFES
Nach der Norm ISO 8373:2012 der Internationalen Organisation für Normung ist ein Roboter definiert als: „[…] actuated mechanism programmable in two or more axes with a degree of autonomy, moving within its environment, to perform intended tasks.“
Autonomie ist in diesem Zusammenhang definiert als die Fähigkeit, bestimmte Aufgaben basierend auf einem momentanen Status und Sensoren ohne menschliche Hilfe auszuführen. Mit dem heutigen Stand der Technik sind die Aufgaben und Funktionen der Roboter weit gestreut. Dies hat zur Folge, dass sich je nach Betrachtungsweise unterschiedliche Möglichkeiten zur Klassifizierung von Robotern ergeben. Häufig wird zunächst zwischen Service- und Industrierobotern unterschieden. Da es mobile Roboter jedoch in beiden Kategorien gibt, ist diese Einteilung an dieser Stelle nicht zielführend.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Das Kapitel erläutert die Problemstellung im Kontext des mobilen Roboters MP-400 und definiert das Ziel, eine Windows-Bedienoberfläche zur Steuerung zu entwickeln.
2 MOBILE ROBOTER: Hier werden theoretische Grundlagen zu autonomen mobilen Robotern, deren Komponenten, Sensorik, Lokalisierung, Navigation und die spezifische Plattform MP-400 vorgestellt.
3 SOFTWAREENTWICKLUNG: Es werden Anforderungen an die Softwarequalität nach ISO/IEC 25010 sowie Vorgehensmodelle für die Softwareentwicklung diskutiert, mit Fokus auf dem gewählten iterativen Prototyping-Ansatz.
4 ANFORDERUNGEN AN DIE BEDIENOBERFLÄCHE: Dieses Kapitel spezifiziert den Anforderungskatalog für die Bedienoberfläche, unterteilt in Kategorien wie Verbindungsaufbau, Roboterstatus, Auftragsverwaltung und Logfile-Funktionen.
5 KONZEPTION: Der Entwurf der Bedienoberfläche, der Bildschirmmasken und das Kommunikationskonzept zwischen Client, Server und Roboter werden detailliert beschrieben.
6 IMPLEMENTIERUNG: Hier wird die technische Umsetzung mittels Windows Forms, die Datenbankstruktur, das Programmdesign mit Multithreading sowie die Datenformatierung erläutert.
7 TEST: Das Kapitel dokumentiert einen Testkatalog zur Validierung der implementierten Funktionen und die Ergebnisse des Testlaufs.
8 FAZIT UND AUSBLICK: Diese Zusammenfassung bewertet die erreichte Lösung, reflektiert die bestehenden Herausforderungen bezüglich Threadsicherheit und zeigt Möglichkeiten für zukünftige Optimierungen auf.
Schlüsselwörter
Windows-Bedienoberfläche, mobiler Roboter, MP-400, Softwareentwicklung, Prototyping, Benutzeroberfläche, Fahraufträge, Datenbankzugriff, Multithreading, Automatisierung, Robotersteuerung, Serviceroboter, ISO 8373, Visual Basic, .NET Framework
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit dokumentiert die Entwicklung einer Windows-basierten Bedienoberfläche für den mobilen Roboter MP-400, um dessen Steuerung und Überwachung zu erleichtern.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Arbeit umfasst theoretische Grundlagen der Robotik, Methoden der modernen Softwareentwicklung sowie die praktische Implementierung einer Client-Software für Roboterplattformen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Ziel ist es, eine benutzerfreundliche Windows-Applikation zu konzipieren und zu implementieren, die über einen Server mit dem Roboter kommuniziert und Fahraufträge koordiniert.
Welche wissenschaftliche Methode wird für die Entwicklung verwendet?
Es wurde ein iteratives Vorgehensmodell, das Prototyping, gewählt, um auf Basis ständiger Rückkopplung eine anforderungskonforme Software zu entwickeln.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Bedarfsanalyse (Anforderungen), das Design der Software (Konzeption), die technische Realisierung (Implementierung) und die anschließende Qualitätsprüfung (Test).
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Bedienoberfläche, mobile Roboter, Prototyping, Datenbankzugriff und Multithreading charakterisiert.
Welche Rolle spielt der Server in der Kommunikation?
Der Server dient als zentrale Schnittstelle zwischen der Windows-Bedienoberfläche (dem Client) und der Roboterplattform selbst.
Warum ist die Threadsicherheit bei der Implementierung problematisch?
Da mehrere Prozesse gleichzeitig auf die Datenbank zugreifen, ohne dass eine ausreichende Synchronisation vorhanden ist, entstehen bei der Aktualisierung der GUI Fehlermeldungen, die in der aktuellen Version noch bestehen.
- Citation du texte
- Katharina Kaiser (Auteur), 2016, Softwareentwicklung. Konzeption und Implementierung einer Windows-Bedienoberfläche für einen mobilen Roboter, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/336262
