UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI UDINE Tesi di Laurea Arduino

97 Pages·2012·4.28 MB·Italian

UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI UDINE
Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica
Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e
Meccanica
Tesi di Laurea
Arduino programming using Matlab and
Simulink
Relatore: Laureando:
Prof. Pier Luca Montessoro Walter Miani
Correlatori:
Ing. Rui P. Rocha
Ing. Micael Couceiro
Ing. David Portugal
Anno Accademico 2011-2012
...a chi crede in me

Abstract
The scale and scope of robotics continues to expand, and so also software
for robotic applications has to follow this growth. As the number of robotic
platforms available for research and development continue to increase, code
reusability and extensibility appear as a major challenge that needs to be
overcome. On top of this, the size of the required experience must contain
a deep stack starting from driver-level software and continuing up through
higher levels of abstraction. Since the required expertise is well beyond the
capabilities of single researcher, robotics software architectures must also
support large-scale software integration efforts. To meet these challenges,
many researchers created a wide variety of frameworks, manage complexity
and facilitate prototyping of software for experiments. Furthermore, when
writing a code, many individuals have preferences for some programming
languages or environments above others. These preferences are the result
of personal tradeoffs between programming time, ease of debugging, syntax,
runtime efficiency, and a lots of other reasons, both technical and cultural.
Each of these frameworks was designed for a particular purpose, perhaps
in response to perceived weakness of other available frameworks, or to place
emphasisonaspectswhichwereseenasmostimportantinthedesignprocess.
The field of robotics is far too broad for a single solution; it’s up to every
researcher or student to find which is the better way to follow to realize at
best his own project.
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Resumo
A escala e o alcance da rob´otica continua a se expandir, e assim tamb´em
um software para aplica¸co˜es de robo´tica tem que seguir esse crescimento.
Como o nu´mero de plataformas rob´oticas dispon´ıveis para pesquisa e o de-
senvolvimento continuam a aumentar, a reutilizac¸˜ao e a extensibilidade do
co´digo aparecem como um grande desafio que precisa ser superado. Al´em
disso, o tamanho da pesquisa deve cobrir todos os n´ıveis de programa¸ca˜o,
a partir de inferior (linguagem de m´aquina) at´e ao n´ıvel mais alto de ab-
strac¸ca˜o. Por ser a per´ıcia requerida bem al´em das capacidades de um u´nico
programador, arquiteturas de software de rob´otica devem tamb´em suportar
grandes esfor¸cos de integra¸c˜ao de software. Para enfrentar esses desafios,
muitos pesquisadores criaram uma grande variedade de quadros,para contro-
lar a complexidade e facilitar a criac¸˜ao de proto´tipos de software para experi-
mentos. Mais, os va´rios utilizadores tˆem preferˆencias por algumas linguagens
de programac¸˜ao ou ambientes em detrimento de outras. Estas preferˆencias
sa˜o o resultado de compromissos pessoais entre o tempo de programac¸˜ao, fa-
cilidade de depurac¸˜ao, sintaxe, eficiˆencia de execu¸c˜ao, e uma s´erie de outras
razo˜es, t´ecnicas e culturais. Cada uma destas estruturas foi projectada para
uma finalidade espec´ıfica, talvez em resposta a` fraqueza percebida em outras
estruturas dispon´ıveis, ou para colocar ˆenfase em aspectos que foram vistos
como mais importante no processo de design. O campo da robo´tica ´e muito
amplo para uma u´nica soluc¸˜ao, e ´e tarefa de cada pesquisador ou estudante
descobrir qual ´e o melhor caminho a seguir para realizar o melhor de seu
pro´prio projeto.
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Sommario
La scala e la portata della robotica continuano ad espandersi, e cos`ı anche
il software per applicazioni robotiche deve seguire questa crescita. Poich´e il
numero di piattaforme robotiche disponibili per la ricerca e lo sviluppo con-
tinua ad aumentare, arrivare ad una buona riusabilita` ed estensibilita` del
codice appare come una grande sfida che deve essere superata. In cima a
questo, la dimensione della ricerca deve coprire tutti i livelli di program-
mazione, dal piu` basso (linguaggio macchina) fino al livello piu` alto di as-
trazione. Dal momento che l’esperienza richiesta `e di ben oltre le capacit`a
del singolo ricercatore, le architetture di software per la robotica devono an-
che sostenere grandi sforzi di integrazione software. Per rispondere a queste
sfide, molti programmatori hanno creato una vasta gamma di strutture, per
gestire la complessit`a e facilitare la realizzazione di prototipi di software per
simulazioni ed esperimenti. Inoltre, i vari utenti hanno preferenze per alcuni
linguaggi di programmazione o ambienti a scapito di altri. Queste preferenze
sono il risultato di compromessi personali tra i tempi di programmazione,
facilita` di debug, sintassi, efficienza di esecuzione e una serie di altri motivi,
sia tecnici che culturali. Ognuno di questi quadri `e stato progettato per uno
scopo particolare, forse in risposta alla debolezza percepita di altri quadri
disponibili, o per porre l’accento su aspetti che sono stati considerati piu`
importante nel processo di progettazione. Il campo della robotica `e troppo
ampio per una soluzione unica, ma `e compito di ogni ricercatore o studente
trovare quale `e la via migliore da seguire per realizzare al meglio il proprio
progetto.
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vi
Contents
List of Figures x
List of Tables xii
1 Programming languages for robotics 7
1.1 Pyro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.1 Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.2 Phyton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.3 Pros & Cons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2 ROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.1 Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.2 Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.3 Pros & Cons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3 Microsoft Robotics Developer Studio . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.1 DSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.2 CCR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.3 VPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.4 VSE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.5 Pros & Cons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Player/Stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.1 Stage Simulation Environment . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.2 Pros & Cons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Urbi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
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