Visual Basic机器人编程基础教程

Visual Basic 简介

Visual Basic（简称 VB）是一种由微软公司开发的结构化、模块化、面向对象、包含协助开发环境的事件驱动编程语言。它源自于 BASIC 编程语言，拥有图形用户界面（GUI）和快速应用程序开发（RAD）系统，可以轻易的使用 DAO、RDO、ADO 连接数据库，或者轻松的创建 ActiveX 控件。

VB 的设计理念是让程序员可以轻松地创建 Windows 应用程序。它提供了大量的可视化组件，如按钮、文本框、标签等，程序员只需通过拖放这些组件到窗体上，并编写少量的代码来定义它们的行为，就能快速构建出功能丰富的应用程序。这使得 VB 成为初学者学习编程的理想选择，同时也在工业界有着广泛的应用，特别是在自动化控制、数据处理等领域。

Visual Basic 编程基础

变量与数据类型

1. 数据类型
   • 数值类型：
     • 整型（Integer）：用于存储整数，范围为 -32,768 到 32,767。例如，定义一个整型变量 num 来存储学生的年龄，可以这样写：Dim num As Integer。
     • 长整型（Long）：能存储更大范围的整数，范围为 -2,147,483,648 到 2,147,483,647。当需要处理较大的整数，如员工编号等，可使用长整型，如 Dim employeeID As Long。
     • 单精度浮点型（Single）：用于存储带小数的数值，精度约为 7 位小数。比如存储商品价格，Dim price As Single。
     • 双精度浮点型（Double）：精度更高，约为 15 到 17 位小数。在需要高精度计算，如科学计算时常用，Dim scientificValue As Double。
   • 字符串类型（String）：用于存储文本信息。可以是定长字符串，如 Dim fixedStr As String * 10，表示该字符串固定长度为 10 个字符；也可以是变长字符串，Dim varStr As String，其长度会根据存储的内容自动调整。
   • 布尔类型（Boolean）：只有两个值 True 和 False，常用于逻辑判断。例如，判断用户是否登录成功，Dim isLoggedIn As Boolean。
2. 变量声明 在 VB 中，使用 Dim 关键字声明变量。声明变量时最好指定其数据类型，这样有助于提高程序的可读性和运行效率。例如：

Dim name As String
Dim age As Integer

也可以同时声明多个变量：

Dim num1, num2 As Integer

这里 num1 是变体类型（Variant，一种可以存储任何数据类型值的特殊类型），而 num2 是整型。如果要将 num1 也声明为整型，需写成 Dim num1 As Integer, num2 As Integer。

运算符与表达式

1. 算术运算符
   • 加（+）：用于两个数值相加。例如，result = 5 + 3，result 的值为 8。
   • 减（-）：执行减法运算。如 difference = 10 - 7，difference 的值为 3。
   • 乘（*）：实现乘法操作。product = 4 * 6，product 的值为 24。
   • 除（/）：进行除法运算，结果为浮点数。quotient = 10 / 3，quotient 的值约为 3.333333。
   • 整除（\）：执行整数除法，结果为整数部分。intQuotient = 10 \ 3，intQuotient 的值为 3。
   • 取模（Mod）：返回除法运算的余数。remainder = 10 Mod 3，remainder 的值为 1。
2. 比较运算符
   • 等于（=）：判断两个值是否相等。isEqual = (5 = 5)，isEqual 的值为 True。
   • 不等于（<>）：判断两个值是否不相等。isNotEqual = (5 <> 3)，isNotEqual 的值为 True。
   • 大于（>）：比较左边的值是否大于右边的值。isGreater = (7 > 5)，isGreater 的值为 True。
   • 小于（<）：判断左边的值是否小于右边的值。isLess = (3 < 5)，isLess 的值为 True。
   • 大于等于（>=）：比较左边的值是否大于或等于右边的值。isGreaterOrEqual = (5 >= 5)，isGreaterOrEqual 的值为 True。
   • 小于等于（<=）：判断左边的值是否小于或等于右边的值。isLessOrEqual = (3 <= 5)，isLessOrEqual 的值为 True。
3. 逻辑运算符
   • 与（And）：当两个操作数都为 True 时，结果才为 True。resultAnd = (True And True)，resultAnd 的值为 True；resultAnd = (True And False)，resultAnd 的值为 False。
   • 或（Or）：只要两个操作数中有一个为 True，结果就为 True。resultOr = (True Or False)，resultOr 的值为 True。
   • 非（Not）：对操作数进行取反。resultNot = Not True，resultNot 的值为 False。
4. 表达式 表达式是由变量、常量、运算符和函数等组成的有意义的式子。例如，算术表达式 (3 + 5) * 2，先计算括号内的加法得到 8，再乘以 2，结果为 16。逻辑表达式 (5 > 3) And (4 < 6)，两个比较表达式都为 True，所以整个逻辑表达式的值为 True。

控制结构

1. 条件语句
   • If...Then...Else 语句：根据条件判断执行不同的代码块。

   Dim score As Integer
   score = 85
   If score >= 60 Then
       MsgBox "及格"
   Else
       MsgBox "不及格"
   End If
   

   • If...Then...ElseIf...Else 语句：用于多个条件的判断。

   Dim grade As Integer
   grade = 78
   If grade >= 90 Then
       MsgBox "优秀"
   ElseIf grade >= 80 Then
       MsgBox "良好"
   ElseIf grade >= 60 Then
       MsgBox "及格"
   Else
       MsgBox "不及格"
   End If
   

2. 循环语句
   • For...Next 循环：用于已知循环次数的情况。

   Dim i As Integer
   For i = 1 To 10
       Debug.Print i
   Next i
   

   这段代码会在立即窗口中输出 1 到 10 的整数。
   • Do...Loop 循环：分为 Do While...Loop 和 Do Until...Loop 两种形式。Do While...Loop 在条件为 True 时循环执行代码块，Do Until...Loop 在条件为 False 时循环执行代码块。

   Dim count As Integer
   count = 1
   Do While count <= 5
       MsgBox count
       count = count + 1
   Loop
   

   这段代码会弹出 5 次消息框，分别显示 1 到 5 的数字。

Visual Basic 与机器人编程的联系

机器人编程通常涉及到对机器人运动、感知等方面的控制。Visual Basic 可以通过与机器人硬件的接口进行通信，实现对机器人的编程控制。例如，许多机器人都提供了串口通信接口，VB 可以通过串口通信控件（如 MSComm 控件）与机器人进行数据交互，发送控制指令，接收机器人反馈的数据。

在机器人的路径规划方面，VB 强大的算法实现能力可以发挥作用。通过编写算法，利用 VB 的逻辑控制结构和数学运算功能，为机器人规划最优路径。同时，VB 的可视化界面开发优势也可以用于创建机器人控制的用户界面，方便操作人员直观地对机器人进行操作和监控。

机器人编程基础功能实现

机器人运动控制

1. 直线运动 假设机器人通过串口接收控制指令，以特定格式发送直线运动指令。例如，指令格式为 “M1 X Y”，其中 “M1” 表示直线运动，“X” 和 “Y” 分别表示目标位置的横坐标和纵坐标。

Private Sub MoveStraight(ByVal x As Single, ByVal y As Single)
    Dim command As String
    command = "M1 " & x & " " & y
   '假设 MSComm1 为串口通信控件
    MSComm1.Output = command & vbCrLf
End Sub

2. 旋转运动 同样以串口通信为例，指令格式为 “M2 A”，其中 “M2” 表示旋转运动，“A” 表示旋转角度。

Private Sub Rotate(ByVal angle As Single)
    Dim command As String
    command = "M2 " & angle
    MSComm1.Output = command & vbCrLf
End Sub

机器人传感器数据读取

1. 距离传感器 假设距离传感器通过串口返回距离数据，数据格式为 “D X”，其中 “D” 表示距离数据，“X” 为距离值（单位：厘米）。

Private Sub ReadDistanceSensor()
    Dim receivedData As String
   '假设 MSComm1 接收缓冲区有数据
    If MSComm1.InBufferCount > 0 Then
        receivedData = MSComm1.Input
        Dim parts() As String
        parts = Split(receivedData, " ")
        If parts(0) = "D" Then
            Dim distance As Single
            distance = CSng(parts(1))
            MsgBox "距离：" & distance & " 厘米"
        End If
    End If
End Sub

2. 温度传感器 类似地，温度传感器返回数据格式为 “T X”，其中 “T” 表示温度数据，“X” 为温度值（单位：摄氏度）。

Private Sub ReadTemperatureSensor()
    Dim receivedData As String
    If MSComm1.InBufferCount > 0 Then
        receivedData = MSComm1.Input
        Dim parts() As String
        parts = Split(receivedData, " ")
        If parts(0) = "T" Then
            Dim temperature As Single
            temperature = CSng(parts(1))
            MsgBox "温度：" & temperature & " 摄氏度"
        End If
    End If
End Sub

机器人编程综合示例

自主避障机器人示例

1. 整体思路 自主避障机器人需要不断读取距离传感器数据，当检测到前方有障碍物时，根据障碍物的距离采取不同的行动。如果距离较近，机器人先停止，然后旋转一定角度，再尝试继续直线运动。
2. 代码实现

Option Explicit

Private Sub Command1_Click()
    Dim distance As Single
    Dim moveFlag As Boolean
    moveFlag = True
   '主循环
    Do While moveFlag
        ReadDistanceSensor distance
       '假设距离小于 20 厘米视为有障碍物
        If distance < 20 Then
            MoveStop
            Rotate 90
        Else
            MoveStraight 10, 0
        End If
       '这里可以添加结束条件，例如到达目标位置
       '假设到达 (100, 100) 位置结束
        If robotX = 100 And robotY = 100 Then
            moveFlag = False
        End If
    Loop
End Sub

Private Sub ReadDistanceSensor(ByRef dist As Single)
    Dim receivedData As String
    If MSComm1.InBufferCount > 0 Then
        receivedData = MSComm1.Input
        Dim parts() As String
        parts = Split(receivedData, " ")
        If parts(0) = "D" Then
            dist = CSng(parts(1))
        End If
    End If
End Sub

Private Sub MoveStop()
    Dim command As String
    command = "M3" '假设 “M3” 为停止指令
    MSComm1.Output = command & vbCrLf
End Sub

Private Sub MoveStraight(ByVal x As Single, ByVal y As Single)
    Dim command As String
    command = "M1 " & x & " " & y
    MSComm1.Output = command & vbCrLf
   '这里可以更新机器人的位置变量
    robotX = robotX + x
    robotY = robotY + y
End Sub

Private Sub Rotate(ByVal angle As Single)
    Dim command As String
    command = "M2 " & angle
    MSComm1.Output = command & vbCrLf
End Sub

机器人任务调度示例

1. 任务调度概念 机器人可能需要执行多个任务，如在不同时间进行巡逻、数据采集等。任务调度就是合理安排这些任务的执行顺序和时间。
2. 基于时间的任务调度代码实现

Option Explicit

Dim task1Timer As Integer
Dim task2Timer As Integer

Private Sub Form_Load()
    task1Timer = 0
    task2Timer = 0
End Sub

Private Sub Timer1_Timer()
    task1Timer = task1Timer + 1
    task2Timer = task2Timer + 1
   '假设每 10 秒执行一次任务 1
    If task1Timer >= 10 Then
        Task1
        task1Timer = 0
    End If
   '假设每 20 秒执行一次任务 2
    If task2Timer >= 20 Then
        Task2
        task2Timer = 0
    End If
End Sub

Private Sub Task1()
    MsgBox "执行任务 1，例如巡逻"
    '这里可以添加巡逻相关的机器人控制代码
End Sub

Private Sub Task2()
    MsgBox "执行任务 2，例如数据采集"
    '这里可以添加数据采集相关的机器人控制代码，如调用传感器读取数据等
End Sub

在这个示例中，通过定时器 Timer1 来模拟时间流逝，根据设定的时间间隔执行不同的任务。

与外部设备集成

与摄像头集成

1. 摄像头功能需求 在机器人编程中，摄像头常用于视觉识别任务，如识别目标物体、检测环境变化等。
2. 使用 VB 与摄像头集成示例（以 DirectShow 为例） 首先，需要引用 DirectShow 相关的库。在 VB 工程中，选择 “工程” -> “引用”，勾选 “Microsoft DirectShow 1.0 Type Library”。

Option Explicit

Private WithEvents filterGraph As FilterGraph
Private videoWindow As IVideoWindow
Private basicVideo As IBasicVideo

Private Sub Form_Load()
    Set filterGraph = New FilterGraph
    filterGraph.RenderStream &H4000, &H7, CreateCameraDevice, Nothing, Nothing
    Set videoWindow = filterGraph
    Set basicVideo = filterGraph
    videoWindow.Owner = Me.hWnd
    videoWindow.WindowStyle = WS_CHILD Or WS_CLIPCHILDREN
    videoWindow.Top = 0
    videoWindow.Left = 0
    videoWindow.Width = Me.ScaleWidth
    videoWindow.Height = Me.ScaleHeight
    videoWindow.Visible = -1
End Sub

Private Function CreateCameraDevice() As IBaseFilter
    Dim systemDevices As New SystemDeviceEnumerator
    Dim deviceInfoSet As ICreateDevEnum
    Dim classEnumerator As IEnumMoniker
    Dim moniker As IMoniker
    Set deviceInfoSet = systemDevices
    deviceInfoSet.CreateClassEnumerator CLSID_VideoInputDeviceCategory, classEnumerator, 0
    classEnumerator.Reset
    classEnumerator.Next 1, moniker, 0
    moniker.BindToObject 0, 0, IID_IBaseFilter, CreateCameraDevice
End Function

Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer)
    If Not videoWindow Is Nothing Then
        videoWindow.Visible = 0
        Set videoWindow = Nothing
    End If
    If Not filterGraph Is Nothing Then
        Set filterGraph = Nothing
    End If
End Sub

这段代码实现了在 VB 窗体中显示摄像头画面的功能。

与物联网设备集成

1. 物联网设备通信方式 物联网设备通常通过网络进行通信，常见的协议有 MQTT、HTTP 等。
2. 使用 VB 与 MQTT 服务器通信示例 首先，需要引入 MQTT 相关的库，如 Paho MQTT 库。

Option Explicit

Private client As New MqttClient
Private broker As String
Private port As Integer
Private clientID As String

Private Sub Form_Load()
    broker = "broker.example.com"
    port = 1883
    clientID = "robot_client"
    client.Connect broker, port, clientID
End Sub

Private Sub SendDataToMQTT(ByVal topic As String, ByVal message As String)
    client.Publish topic, message
End Sub

Private Sub ReceiveDataFromMQTT()
    Dim receivedMessage As MqttMsgPublishEventArgs
    Set receivedMessage = client.Receive
    MsgBox "收到消息：" & receivedMessage.Message & " 来自主题：" & receivedMessage.Topic
End Sub

Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer)
    client.Disconnect
End Sub

这段代码展示了如何使用 VB 通过 MQTT 协议与服务器进行数据的发送和接收，实现与物联网设备的集成。

优化与调试

性能优化

1. 减少内存占用 尽量使用合适的数据类型，避免过度使用变体类型（Variant）。例如，如果确定变量只存储整数，就使用整型（Integer）或长整型（Long），而不是变体类型。在处理大量数据时，可以使用数组的动态分配，根据实际需要调整数组大小，避免一开始就分配过大的数组空间。

' 避免一开始就分配过大数组
Dim data() As Integer
ReDim data(1 To 10) '根据实际需要动态调整数组大小

2. 提高代码执行效率 避免在循环中进行不必要的计算。例如，如果在循环中某个值不会改变，就将其移到循环外部计算。

' 优化前
For i = 1 To 1000
    result = 5 * 3 + i
    '其他操作
Next i

' 优化后
Dim constantValue As Integer
constantValue = 5 * 3
For i = 1 To 1000
    result = constantValue + i
    '其他操作
Next i

调试技巧

1. 使用断点 在代码中设置断点，程序运行到断点处会暂停，此时可以查看变量的值、执行流程等。在 VB 中，只需在代码行左边的灰色区域点击即可设置断点。例如，在 If...Then 语句处设置断点，可以观察条件判断是否正确。
2. 使用调试输出 使用 Debug.Print 语句在立即窗口输出变量的值或调试信息。这对于追踪程序执行流程很有帮助。

Dim num1 As Integer
Dim num2 As Integer
num1 = 5
num2 = 3
Debug.Print "num1 的值为："; num1
Debug.Print "num2 的值为："; num2
Dim result As Integer
result = num1 + num2
Debug.Print "相加结果为："; result

通过这些优化与调试技巧，可以提高机器人程序的性能和稳定性，使其更好地满足实际应用需求。