基于PLC的機械手設計

1、PAGE 基于PLC控制的機械手設計目 錄摘要1引言11.機械手總體方案設計21.1設計要求21.2運動形式的選擇21.3驅動方式的選擇41.4總體結構設計52.機械手手部設計62.1結構分析62.2計算分析63.PLC控制系統(tǒng)設計113.1機械手移動工件控制系統(tǒng)的控制要求113.2機械手移動工件控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置133.3機械手移動工件控制系統(tǒng)的PLC程序144.動畫制作184.1建立機械手模型184.2制作機械手的動畫18結束語26致謝26參考文獻26附錄27摘 要機械手設計包括機械結構設計，檢測傳感系統(tǒng)設計和控制系統(tǒng)設計等，是機械、電子、檢測、控制和計算機技術的綜合應用。本課

2、題通過對設計要求的分析，設計出機械手的總體方案，重點闡述了手部結構的設計以及控制系統(tǒng)硬軟件的設計，完成了整個系統(tǒng)工作的動畫設計。實現(xiàn)了機械手的基本搬運功能，達到了預期要求，具有一定的應用前景。關鍵詞：機械手 PLC 動畫引 言隨著世界經(jīng)濟和技術的發(fā)展，人類活動的不斷擴大，機器人應用正迅速向社會生產(chǎn)和生活的各個領域擴展，也從制造領域轉向非制造領域，各種各樣的機器人產(chǎn)品隨之出現(xiàn)。像海洋開發(fā)、宇宙探測、采掘、建筑、醫(yī)療、農林業(yè)、服務、娛樂等行業(yè)都提出了自動化各機器人化的要求。隨著機器人的產(chǎn)生和大量應用，很多領域，許多單一、重復的機械工作由機器人（也稱機械手）來完成。工業(yè)機器人是一種能進行自動控制的、

3、可重復編程的，多功能的、多自由度的、多用途的操作機,廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可提高產(chǎn)品的質量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。和計算機、網(wǎng)絡技術一樣，工業(yè)機器人的廣泛應用正在日益改變著人類的生產(chǎn)和生活方式。機械手是一種模仿人手動作，并按設定的程序來抓取、搬運工件或夾持工具，機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應用于自動生產(chǎn)線、自動機的上下料、數(shù)控設備的自動換刀裝置中。機械手一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人工智能組成，主要完成移動、轉動、抓取等動作。控

4、制系統(tǒng)是機械手的指揮系統(tǒng)，它通過控制驅動系統(tǒng)，讓執(zhí)行器按照規(guī)定的要求進行工作，并檢測其正確與否?？删幊炭刂破鳎≒LC）是一種數(shù)定運算操作的電子系統(tǒng)，它將邏輯運算、順序控制、時序、計數(shù)、算術運算等控制程序，用指令形式存放在存儲器中，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種機械或生產(chǎn)過程。與繼電器控制線路相比，PLC具有可靠性高、抗干擾能力強；編程簡單、使用方便；設計、安裝容易，維護工作量少；功能完善、通用性強；體積小、能耗低等特點。因此，機械手控制系統(tǒng)越平越多的由可編程控制器來實現(xiàn)。1.機械手總體方案設計1.1設計要求：1.機械手能夠完成從一個工作點取物體旋轉一定角度，放到另一個工作點上。2.

5、要求完成手抓結構的設計，進行夾緊力的計算分析。初值給定如下：工件質量m=0.1kg摩擦系數(shù)=0.15重力加速度g=9.8m/s2垂直加速度a=0.3g=2.94m/s2水平加速度a=0.3g=2.94m/s2回轉半徑r=0.5m角速度3.5rad/s角加速度2.1rad/s2安全系數(shù)S=1.45夾角453.要求選用PLC作為控制系統(tǒng)。1.2運動形式的選擇：根據(jù)主要的運動參數(shù)選擇運動形式是結構設計的基礎。常見機器人的運動形式有四種，下面分別論述其特點，然后確定運動形式。1.直角坐標型機器人 直角坐標型機器人的結構簡圖如圖1-1所示，它在x,y,z軸上的運動是獨立的，3個關節(jié)都是移動關節(jié)，關節(jié)軸線

6、相互垂直，它主要用于生產(chǎn)設備的上下料，也可用于高精度的裝卸和檢測和作業(yè)。這種形式的主要特點是： (1)在三個直線方向上移動，運動容易想象。 (2)計算比較方便。 (3)由于可以兩端支撐，對于給定的結構長度，其剛性最大。 (4)要求保留較大的移動空間，占用空間較大。 (5)要求有較大的平面安裝區(qū)域。 (6)滑動部件表面的密封較困難，容易被污染。2.圓柱坐標型機器人圓柱坐標型機器人的結構簡圖如圖1-2所示，R、和x為坐標系的三個坐標，其中R是手臂的徑向長度，是手臂的角位置，x是垂直方向上手臂的位置。這種形式的主要特點是：(1)容易想象和計算。(2)能夠伸入形腔式機器內部。(3)空間定位比較直觀。(

7、4)直線驅動部分難以密封、防塵及防御腐蝕物質。(5)手臂端部可以達到的空間受限制，不能到達靠近立柱或地面的空間。3.極坐標型機器人 極坐標型機器人又稱為球坐標機器人，其結構圖如圖1-3所示，R，和為坐標系的坐標。其中是繞手臂支撐底座垂直軸的轉動角，是手臂在鉛垂面內的的擺動角。這種機器人運動所形成的軌跡表面是半球面。其特點是： (1)在中心支架附近的工作范圍較大。 (2)兩個轉動驅動裝置容易密封。 (3)覆蓋工作空間較大。 (4)坐標系較復雜，較難想象和控制。 (5)直線驅動裝置仍存在密封問題。 (6)存在工作死區(qū)。4.多關節(jié)機器人 多關節(jié)機器人結構簡圖如圖1-4所示，它是以其各相鄰運動部件之間

8、的相對角位移作為坐標系的。、和為坐標系的坐標，其中是繞底座鉛垂軸的轉角，是過底座的水平線與第一臂之間的夾角，是第二臂相對于第一臂的轉角。這種機器人手臂可以達到球形體積內絕大部分位置，所能達到區(qū)域的形狀取決于兩個臂的長度比例。其特點是：(1)動作較靈活，工作空間大。(2關節(jié)驅動處容易密封防塵。(3)工作條件要求低，可在水下等環(huán)境中工作。(4) 適合于電動機驅動。(5)運動難以想象和控制，計算量較大。(6)不適于液壓驅動。 圖1-1 直角坐標型 圖1-2 圓柱坐標型 圖1-3 極坐標型 圖1-4 多關節(jié)型 選擇方案的準則：1.滿足設設計要求：機械手能夠旋轉一定角度。2.結構簡單，便于計算分析。分析

9、比較以上四種運動形式，確定選用圓柱坐標型機器人。1.3驅動方式的選擇：機器人關節(jié)的驅動方式有液壓式、氣動式、和電動式。下面將三種驅動方式進行分析比較。1.液壓驅動機器人的驅動系統(tǒng)采用液壓驅動，有以下幾個優(yōu)點：(1)液壓容易達到較高的壓力（常用液壓為2.56.3MPa），體積較小，可以獲得較大的推力或轉矩；(2)液壓系統(tǒng)介質的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；(3)液壓傳動中，力、速度和方向比較容易實現(xiàn)自動控制；(4)液壓系統(tǒng)采用油液作介質，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機械效率，使用壽命長。液壓傳動系統(tǒng)的不足之處是：(1)油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起

10、燃爆炸等危險；(2)液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質量，故造價較高；(3)需要相應的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴格的濾油裝置，否則會引起故障。液壓驅動方式的輸出力和功率更大，能構成伺服機構，常用于大型機器人關節(jié)的驅動。2.氣壓驅動與液壓驅動相比，氣壓驅動的特點是：(1)壓縮空氣粘度小，容易達到高速；(2)利用工廠集中的空氣壓縮站供氣，不必添加動力設備；(3)空氣介質對環(huán)境無污染，使用安全，可直接應用于高溫作業(yè)；(4)氣動元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。它的不足之處是：(1)壓縮空氣常用壓力為0.40.6MPa，若要獲得較大的力，其結構就要相對增大；(2)空氣壓縮

11、性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達到準確的位置控制很困難；(3)壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題，處理不當會使鋼類零件生銹，導致機器人失靈。此外，排氣還會造成噪聲污染。氣動式驅動多用于點位控制、抓取、開關控制和順序控制的機器人。3.電動機驅動電動機驅動可分為普通交、直流電動機驅動，交、直流伺服電動機驅動和步進電動機驅動。 普通交、直流電動機驅動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機器人。伺服電動機和步進輸出力矩相對小，控制性能好，可實現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機器人。交、直伺服電動機一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進電動機則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于

12、速度和位置精度要求不高的場合。本課題設計的機械手的特點：1.點位控制進行搬運工作，采用順序控制方式。2.負載小，精度要求不高。3.要求成本低。根據(jù)以上特點，確定選用氣壓驅動。1.4總體結構設計根據(jù)圓柱坐標型運動方式和氣壓驅動方式的選定，對機械手進行總體結構的設計，機械結構由擺動氣缸、雙聯(lián)氣缸、單聯(lián)氣缸和氣爪組成，結構圖如圖1-5所示。圖1-5 機械手總體結構圖2.機械手手部設計2.1結構分析機械手的手部是最重要的執(zhí)行機構，是用來握持工件的部件。常用的手部按其握持原理可以分為夾持類和吸附類兩大類，本課題采用夾持類手部。夾持類手部又可分夾鉗式、托勾式和彈簧式。本課題選用夾鉗式，它是工業(yè)機器人最常見

13、的一種手部。手部傳動機構可分回轉型、平動型和平移型?；剞D型的特點是當手爪夾緊和松開物體時，手指作回轉運動。當被抓物體的直徑大小變化時，需要調整手爪的位置才能保持物體的中心位置不變。平動型的特點是手指由平行四桿機構傳動，當手爪夾緊和松開物體時，手指姿態(tài)不變，作平動。和回轉型手爪一樣，夾持中心隨被夾持物體直徑的大小而變。平移型的特點是當手爪夾緊和松開工件時，手指作平移運動，并保持夾持中心固定不變，不受工件直徑變化的影響。為便于夾持避免固定中心的麻煩，采用平移型，圖2-1所示的是靠導槽保持手指作平移運動。手部結構也采用氣壓驅動。圖2-1 手部裝配圖2.2計算分析因工件運動速度引起視在重量增加情況下的

14、夾緊力計算機器人手臂停止狀態(tài)開始的直線運動和旋轉運動的組合，所以伴隨有速度和加速度.工件有了加速度，其視在重量就變化。設機械手手部縱向中心線上所加的驅動力為P，P氣缸有效截面積使用的氣壓.作用在一個指尖上的夾緊力為Q（方向沿手指的運動方向）.設兩個手指以摩擦力2Q，工件重量為G=mg.夾起工件要計算的是單個手指所必須的力Q.1.垂直上升的情況如圖2-2所示，工件以加速度a垂直上升，要使工件不掉下，下式必須成立.得代入數(shù)據(jù)，得圖2-2 工件垂直上升時受力分析圖2.水平旋轉的情況機械手部繞垂直軸以半徑r作水平旋轉，工件夾緊面與旋轉圓弧切線方向平行，如圖2-3所示。切線方向：主法線方向： 副法線方向

15、： 聯(lián)立上式，求解得代入數(shù)據(jù)，得后指：由于是機械手部機構，QF=QR,所以結果Q必須滿足下式代入數(shù)據(jù)，得 圖2-4 工件水平直進時受力分析圖 綜上所述，得由于考慮到設計的機械手的安全問題，應再乘上一個安全系數(shù)S。夾緊力Q與壓強的關系由實驗測得，如圖2-5所示。由設計要求得知夾持長度L25mm,根據(jù)圖2-5可知所加的壓強約為0.5MPa.圖2-5 夾緊力、夾持長度、壓強關系圖3.PLC控制系統(tǒng)設計3.1機械手移動工件控制系統(tǒng)的控制要求3.1.1機械手移動工件的基本結構、工作流程和工作原理1.機械手移動工件的基本機構機械移動工件的基本結構圖如圖3-1所示。 圖3-1 機械移動工件的基本結構圖2.機

16、械手移動工作的工作流程機械手移動工件單個工作流程示意圖如圖2-2所示。機械手移動工件的單個工作流程由復位到初始位置、將機械手移動到工件處、夾緊工件、將工件移動到目標位置、放下工件和移動到初始位置6個過程組成。機械手移動工件通過PLC平控制，可以實現(xiàn)這6個過程全自動依次運行。3.機械手移動工件的工作原理由于本機械手采用氣動傳動，為方便檢測，選用磁性開關作為傳感器。安裝在氣缸外部即可。機械手移動工件通過磁性限位開關與電磁閥來控制。(1)機械手左轉、右轉、左移、右移、上移、下移分別通過左轉電磁閥、右轉電磁閥、左移電磁閥、右移電磁閥、上移電磁閥、下移電磁閥來實現(xiàn)，移動或轉動的最大位置由左轉限位開關SL

17、0、右轉限位開關SL1、左移限位開關SL2、右移限位開關SL3、上移限位開關SL4、下移限位開關SL5來控制。(2)放松、夾緊工件通過放松電磁閥、夾緊電磁閥來實現(xiàn)。夾緊工件通過定時器控制，根據(jù)實際情況，夾緊時間設為3秒。放松工件通過放松限位開關來控制。(1)按下啟動按按鈕，系統(tǒng)先檢查機械手是否在初始位置，若不是機械手先進行復位，然后再進入機械手正式工作狀態(tài)。按下停止按扭，等機械手運行到初始位置后，再停車。按下急停按鈕，斷開PLC外部負載電源和氣動裝置電源，系統(tǒng)立即停止。開 始開 始復位移到工件處夾緊工件放下工件移動初始位置處移到目標處結束圖3-2 機械手移動工件單個工作流程 3.1.2設備控制

18、要求該系統(tǒng)要求機械手能自動進行工作，轉動時要求回轉半徑最小，要具體控制要求如下：(1)按下啟動按鈕，系統(tǒng)進行自檢查機械是否在初始位置，不是的話先進行復位工作，然后進行正式工作。(2)復位工作控制要求如下： = 1 * GB3 機械手首先上移，直到運動到最上端。 = 2 * GB3 上移后，機械手開始右移。 = 3 * GB3 右移完成后，機械手開始左轉，至此，復位工作完成。(3)正式工作控制要求如下： = 1 * GB3 機械手開始左移，一直運動到最左端。 = 2 * GB3 運行到最左端后，機械手開始向下運動。 = 3 * GB3 到達最下端后，機械手開始夾緊工件，一直到把工件夾緊為止，時間

19、由定時器控制，定時為3秒。 = 4 * GB3 機械手開始向上運動，運動到最上端。 = 5 * GB3 上移后，機械手開始右移。 = 6 * GB3 右移完成后，機械手開始右轉，直到右轉限位開關檢測到信號。 = 7 * GB3 右轉完成后，機械手下移。 = 8 * GB3 運行到最低位置后，機械手把工件松開，一直到放松限位開關檢測到信號。 = 9 * GB3 工件松開后，機械手開始向上運動。 = 10 * GB3 到達最上端后，機械手開始左轉，真到左轉限位開關檢測到信號，此時機械手已加到初始位置。(4)該系統(tǒng)進行自動連續(xù)循環(huán)工作。正常停車時，要求機械手回到初始位置時才能停車。急停時，切斷所有電

20、源，系統(tǒng)停止運行。重新啟動后，由于急停時機械手位置的不確定性，要進行復位工作。3.2機械手移動工件控制系統(tǒng)的PLC選型和資源配置3.2.1PLC選型由于機械手控制系統(tǒng)的輸入/輸出接點少，要求性價比高，編程簡單，維護方便，機身小巧，故選用三菱公司的FX1N-24MR-001型號。市場為3330元。該機有14個輸入點，10個輸出點，輔助繼電器1536點，定時器256點，計數(shù)器235點，數(shù)據(jù)寄存器8000點。3.2.2系統(tǒng)資源分配1.I/O觸點分配根據(jù)系統(tǒng)控制要求，I/O分配如表3-1所示。表3-1 I/O觸點分配表輸入設備輸入地址輸出設備輸出地址左轉限位開關SL0X000左轉電磁閥Y000右轉限位

21、開關SL1X001右轉電磁閥Y001左移限位開關SL2X002左移電磁閥Y002右移限位開關SL3X003右移電磁閥Y003上移限位開關SL4X004上移電磁閥Y004下移限位開關SL5X005下移電磁閥Y005放松限位開關SL6X006放松電磁閥Y006啟動按鈕X007夾緊電磁閥Y007停止按扭X010 2.定時器部分這個控制系統(tǒng)夾緊工件需要定時器來控制夾緊程度。時間設為3秒。定時器分配如表3-2所示。表3-2 定時器分配定時器功能T0夾緊工件時定時3s3.2.3硬件電路接線圖 硬件電路接線圖如圖3-3所示。COM0 COM1COM0 COM1X000 Y000X001 Y001X002 Y

22、002X003 Y003X004 COM2X005 Y004X006 Y005X007 Y006X010 Y007SL0SL1SL2SL3SL4SL5SL6startstop電源左轉右轉左移放松右移上移下移夾緊FX1N-24MR-001 圖3-3 硬件電路接線圖3.3機械手移動工件控制系統(tǒng)的PLC程序3.3.1編程軟件采用三菱公司編程軟件FXGP/WIN-C，其界面如圖3-4所示。3.3.2程序流程圖根據(jù)系統(tǒng)控制要求，畫出程序流程圖。見附件1。3.3.3狀態(tài)圖此程序用步進指令編寫比較方便直觀。根據(jù)流程圖?？僧嫵鰻顟B(tài)圖，如圖3-5所示。3.3.4梯形圖 見附錄 3.3.5語句表見附錄 圖3-4

23、FXGP/WIN-C界面X005Y005Y006S29X001S30Y002S22X003S23X000Y000S0S20X007S21X004Y004Y003M8002初始脈沖啟動按鈕S24X002S25X005Y005Y007T0X005Y005Y006S29X001S30Y002S22X003S23X000Y000S0S20X007S21X004Y004Y003M8002初始脈沖啟動按鈕S24X002S25X005Y005Y007T0T0K30Y004S26X004S27S28X003Y003Y001S33X000Y000Y004X004S32X006S31停止按鈕按下結束X010S33

24、X000Y000Y004X004S32X006S31停止按鈕按下結束X010 圖2-5 狀態(tài)圖4.動畫制作為了使視覺動態(tài)效果逼真突出，選用優(yōu)秀的三維動畫軟件3ds max來制作。4.1建立機械手模型機械手的建模比較簡單，通過創(chuàng)建標準基本體與擴展基本體即可建立氣缸、氣爪等。如圖4-1，4-2所示。 圖4-1 圖4-2創(chuàng)建六角螺母時，先創(chuàng)建圖形中的多邊形。再通過修改修改器列表，選擇擠出，完成六邊形的拉伸。如圖4-3，4-4所示。通過 將創(chuàng)建好的幾何體進行裝配，再通過復合對象中布爾操作將幾何體中的重疊部分切除。如圖4-5所示。最終的機械手模型如圖4-6所示。4.2制作機械手的動畫3d max 基礎動

25、畫比較簡單，通過激活自動關鍵點按鈕，為物體的移動、旋轉、縮放等變換參數(shù)記錄動畫。制作機械手的動畫，還要用到層次式關系和FK。首先了解什么是層次關系。比如我們要制作人的手臂動畫。我們希望這樣來控制：對人物的上臂作旋轉操作，上臂的運動自動帶動了小臂、手腕、手掌、手指等肢體的運動。這種用一個物體的運動可以帶動其他肢體運動的動畫關系在3ds max 中我們稱其為層次關系。在這個動畫關系中，上臂的運動決定了小臂的運動，小臂會跟隨上臂的運動而運動；那么在3ds max 中上臂稱為小臂的父物體，小臂則稱為上臂的子物體。 圖4-3 附錄資料：不需要的可以自行刪除C語言編譯器的設計與實現(xiàn) 我們設計的編譯程序涉及

26、到編譯五個階段中的三個，即詞法分析器、語法分析器和中間代碼生成器。編譯程序的輸出結果包括詞法分析后的二元式序列、變量名表、狀態(tài)棧分析過程顯示及四元式序列程序，整個編譯程序分為三部分：(1) 詞法分析部分(2) 語法分析處理及四元式生成部分 (3) 輸出顯示部分一詞法分析器設計 由于我們規(guī)定的程序語句中涉及單詞較少，故在詞法分析階段忽略了單詞輸入錯誤的檢查，而將編譯程序的重點放在中間代碼生成階段。詞法分析器的功能是輸入源程序，輸出單詞符號。我們規(guī)定輸出的單詞符號格式為如下的二元式： (單詞種別，單詞自身的值)#define ACC -2#define syl_if 0#define syl_el

27、se 1#define syl_while 2#define syl_begin 3#define syl_end 4#define a 5#define semicolon 6#define e 7#define jinghao 8#define s 9#define L 10#define tempsy 11#define EA 12#define EO 13#define plus 14#define times 15#define becomes 16#define op_and 17#define op_or 18#define op_not 19#define rop 20#def

28、ine lparent 21#define rparent 22#define ident 23#define intconst 24函數(shù)說明 讀取函數(shù) readline( )、readch( )詞法分析包含從源文件讀取字符的操作，但頻繁的讀文件操作會影響程序執(zhí)行效率，故實際上是從源程序文件” source.dat ”中讀取一行到輸入緩沖區(qū)，而詞法分析過程中每次讀取一個字符時則是通過執(zhí)行 readch( )從輸入緩沖區(qū)獲得的；若緩沖區(qū)已被讀空，則再執(zhí)行readline( )從 source.dat 中讀取下一行至輸入緩沖區(qū)。掃描函數(shù) scan( ) 掃描函數(shù) scan( )的功能是濾除多余空格

29、并對主要單詞進行分析處理，將分析得到的二元式存入二元式結果緩沖區(qū)。變量處理 find（ ）變量處理中首先把以字母開頭的字母數(shù)字串存到 spelling 數(shù)組中，然后進行識別。識別過程是先讓它與保留關鍵字表中的所有關鍵字進行匹配，若獲得成功則說明它為保留關鍵字，即將其內碼值寫入二元式結果緩沖區(qū)；否則說明其為變量，這時讓它與變量名表中的變量進行匹配（ 變量匹配函數(shù) find（ ） ），如果成功，則說明該變量已存在并在二元式結果緩沖區(qū)中標記為此變量（ 值填為該變量在變量名表中的位置），否則將該變量登記到變量名表中，再將這個新變量存入二元式緩存數(shù)組中。數(shù)字識別 number( ) 數(shù)字識別將識別出的數(shù)

30、字填入二元式結果緩存數(shù)組。顯示函數(shù) 顯示函數(shù)的功能在屏幕上輸出詞法分析的結果（ 即二元式序列程序），同時給出二元式個數(shù)及源程序行數(shù)統(tǒng)計。二語法分析器設計 語法分析器的核心是三張 SLR 分析表以及針對這三張 SLR 分析表進行語義加工的語義動作。編譯程序中語法分析處理及四元式生成部分主要是以二元式作為輸入，并通過 SLR 分析表對語法分析處理過程進行控制，使四元式翻譯的工作有條不紊的進行，同時識別語法分析中的語法錯誤。在處理 if 和 while 語句時，需要進行真值或假值的拉鏈和返填工作，以便轉移目標的正確填入。1. 控制語句的 SLR 分析表1 設計過程如下： 將擴展文法GS S1）S i

31、f e S else S2）S while e S3）S L 4）S a;5）L S6）L SL用_CLOSURE方法構造LR(0)項目規(guī)范簇為：I0： S SS if e S else SS while e S S L S a ;I1: S SI2: S ife S else SI3: S while e SI4: S L L S L SL S if e S else SS while e S S L S a ; I5: S a; I6: S if e S else S S if e S else SS while e S S L S a ; I7: S while e S S if e S

32、 else SS while e S S L S a ; I8: S L I9: L S L SL L SL L S S if e S else SS while e S S L S a ; I10: S a ; I11: S if e S else SI12: S while e S I13: S L I14: S SL I15: S if e S else S S if e S else SS while e S S L S a ; I16: S if e S else S 構造文法G中非終結符的FOLLOW集如下：FOLLOW(S) = # S if e S else S得FOLLOW(

33、S) = else S L 得FOLLOW(L) = 3) S S 得FOLLOW(S) = else , # L S 因為FIRST(S) = ，所以FOLLOW(S) = else , #, 在（）項目規(guī)范簇中，只有9有“移進歸約”沖突，L SL SL因為FOLLOW(L) FIRST(L) = 所以可以用方法解決以上沖突，最后我們得到的分析表如下：ACTIONGOTO ifElsewhilea;e#SL0S2S3S4S511ACC2S63S74S2S3S4S5985S106S2S3S4S5117S2S3S4S5128S139S2S3S4R5S591410R4R4R4111512R2R2R

34、213R3R3R314R615S2S3S4S51616R1R1R1static int action2011=/* 0 */ 2, -1, 3, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 1, -1,/* 1 */ -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,ACC, -1, -1,/* 2 */ -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 6, -1, -1, -1,/* 3 */ -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, 7, -1, -1, -1,/* 4 */ 2, -1, 3, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 9, 8,/*

35、5 */ -1, -1, -1, -1, -1, -1, 10, -1, -1, -1, -1,/* 6 */ 2, -1, 3, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 11, -1,/* 7 */ 2, -1, 3, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 12, -1,/* 8 */ -1, -1, -1, -1, 13, -1, -1, -1, -1, -1, -1,/* 9 */ 2, -1, 3, 4,105, 5, -1, -1, -1, 9, 14,/* 10*/ -1,104, -1, -1,104, -1, -1, -1,104, -1, -1,/* 11*/ -1

36、, 15, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,/* 12*/ -1,102, -1, -1,102, -1, -1, -1,102, -1, -1,/* 13*/ -1,103, -1, -1,103, -1, -1, -1,103, -1, -1,/* 14*/ -1, -1, -1, -1,106, -1, -1, -1, -1, -1, -1,/* 15*/ 2, -1, 3, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 16, -1,/* 16*/ -1,101, -1, -1,101, -1, -1, -1,101, -1, -1;其中，前 9 列

37、為 action 值，后 2 列為 goto 值；016 表示 17 個移進狀態(tài)（ 即 Si）；-1表示出錯；ACC 表示分析成功；而 100106 對應 7 個歸約產(chǎn)生式：S SS if e S else SS while e SS L S a;L SL SL2. 算術表達式的 LR 分析表 2 設計如下：S EE E+EE E*EE (E)E i （過程略）ACTIONGOTOI+*()#E0S3S211S4S5ACC2S3S263R4R4R4R44S3S275S3S286S4S5S97R1R5R1R18R2R2R2R29R3R3R3R3static int action1107=/* 0

38、 */ 3, -1, -1, 2, -1, -1, 1,/* 1 */ -1, 4, 5, -1, -1,ACC, -1,/* 2 */ 3, -1, -1, 2, -1, -1, 6,/* 3 */ -1,104,104, -1,104,104, -1,/* 4 */ 3, -1, -1, 2, -1, -1, 7,/* 5 */ 3, -1, -1, 2, -1, -1, 8,/* 6 */ -1, 4, 5, -1, 9, -1, -1,/* 7 */ -1,101, 5, -1,101,101, -1,/* 8 */ -1,102,102, -1,102,102, -1,/* 9 */

39、 -1,103,103, -1,103,103, -1;3.布爾表達式的 SLR 分析表3 設計如下：（過程略）S BB iB i rop iB ( B )B ! BA B &B ABO B |B OBACTIONGOTOiRop()!&|#BAO0S1S4S513781S2R1R1R1R12S33R2R2R2R24S1S4S511785S1S4S56786R4S9S10R47S1S4S514788S1S4S515789R5R5R510R7R7R711S12S9S1012R3R3R3R313S9S10ACC14R6S9S10R615R8S9S10R8static int action21611

40、=/* 0 */ 1, -1, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 13, 7, 8,/* 1 */ 1, 2, -1,101, -1,101,101,101, -1, -1, -1,/* 2 */ 3, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1, -1,/* 3 */ -1, -1, -1,102, -1,102,102,102, -1, -1, -1,/* 4 */ 1, -1, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 11, 7, 8,/* 5 */ 1, -1, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 6, 7, 8,/* 6 */ -1,

41、-1, -1,104, -1, 9, 10,104, -1, -1, -1,/* 7 */ 1, -1, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 14, 7, 8,/* 8 */ 1, -1, 4, -1, 5, -1, -1, -1, 15, 7, 8,/* 9 */ 105, -1,105, -1,105, -1, -1, -1, -1, -1, -1,/*10 */ 107, -1,107, -1,107, -1, -1, -1, -1, -1, -1,/*11 */ -1, -1, -1, 12, -1, 9, 10, -1, -1, -1, -1,/*12 */ -1, -1,

42、-1,103, -1,103,103,103, -1, -1, -1,/*13 */ -1, -1, -1, -1, -1, 9, 10,ACC, -1, -1, -1,/*14 */ -1, -1, -1,106, -1, 9, 10,106, -1, -1, -1,/*15 */ -1, -1, -1,108, -1, 9, 10,108, -1, -1, -1;LR 分析表控制語義加工的實現(xiàn)：當掃描 LR 分析表的當前狀態(tài)為歸約狀態(tài)時，則在調用與該狀態(tài)對應的產(chǎn)生式進行歸約的同時，調用相應的語義子程序進行有關的翻譯工作?，F(xiàn)在對 LR 分析器的分析棧加以擴充，使得每個文法符號之后都跟著它的語

43、義值。為了清晰起見，我們把這個棧的每一項看成由三部分組成：狀態(tài) state ，文法符號 syl 和語義值 val。編譯程序實現(xiàn)算術表達式、布爾表達式及程序語句的語義加工時，都是按這種狀態(tài)棧加工方式進行的。例如：( 5 + 3 ) * 6的分析過程序號STATEValsylinput10-#( 5 + 3 ) * 6 #202-#(5 + 3 ) * 6 #3023#(5+ 3 ) * 6 #4026-5#(E+ 3 ) * 6 #50264-5-#(E+3 ) * 6 #602643-5-#(E+3 ) * 6 #702647-5-3#(E+E) * 6 #8026-8#(E) * 6 #90

44、269-8-#(E)* 6 #1001-8#E* 6 #11015-8-#E* 6 #120153-8-#E*6#130158-8-6#E*E#1401-48#E#15ACC在分析過程中，第（3）步操作后的狀態(tài)棧為 023，根據(jù)棧頂狀態(tài)“ 3”和現(xiàn)行輸入符號“ +”（ input 欄字符串的第一個字符）查分析表 ACTION3，+=R4，即按第（4）個產(chǎn)生式 En 來進行歸約；由于產(chǎn)生式右部僅含一項，故去掉狀態(tài)棧棧頂“3”；此時 2 變?yōu)樾碌臈ｍ敔顟B(tài)，再查（ 2，E）的下一狀態(tài) s：GOTO2,E=6，即將狀態(tài) 6 和文法符號 E 壓棧，最后得到第（ 4）步的狀態(tài)。第（ 7）步操作后也是如此，

45、當前狀態(tài)棧為 02647，根據(jù)棧頂狀態(tài) 7 和現(xiàn)行輸入符號“ ）”查分析表 ACTION7，）=R1，即按第（1）個產(chǎn)生式 EE1+E2進行歸約；由于產(chǎn)生式右部有三項，故去掉狀態(tài)棧棧頂?shù)?647 三項；此時 2 變?yōu)樾碌臈ｍ敔顟B(tài)，再查（ 2，E）的下一狀態(tài) s：GOTO2，E=6,即將狀態(tài) 6 和文法符號 E 壓棧，最后得到第（8）步的狀態(tài)。三中間代碼生成器設計：布爾表達式 布爾表達式在程序語言中有兩個基本作用：一是用作控制語句（ 如 if -else 或 while語句）的條件式；二是用于邏輯演算，計算邏輯值。布爾表達式是由布爾算符（ &、| 、?。┳饔糜诓紶栕兞浚?或常數(shù)）或關系表達式而形

46、成的。關系表達式的形式是 E1 rop E2，其中 rop 是關系符（ 如或），E1和 E2是算術式。在這里，我們只考慮前面給定文法所產(chǎn)生的布爾表達式：BB &B | B | B | ! B | (B) | i rop i | i遵照我們的約定，布爾算符的優(yōu)先順序（ 從高到低）為：!、&、|，并假定&和|都服從左結合規(guī)則。所有關系符的優(yōu)先級都是相同的，而且高于任何布爾算符，低于任何算術算符，關系算符不得結合。表達式的真、假出口的確定：考慮表達式 B1 | B2 ，若 B1為真，則立即知道 B 也為真；因此，B1的真出口也就是整個 B 的真出口。若 B1?為假，則 B2必須被計值，B2的第一個四

47、元式就是 B1的假出口。當然，B2的真、假出口也就是整個 B的真、假出口。類似的考慮適用于對 B1 & B2的翻譯，我們將 B1 | B2和 B1 & B2 的翻譯用下圖表示，在自下而上的分析過程中，一個布爾式的真假出口往往不能在產(chǎn)生四元式的同時就填上。我們只好把這種未完成的四元式的地址（ 編號）作為 B 的語義值暫存起來，待到整個表達式的四元式產(chǎn)生完畢之后再來回填這個未填入的轉移目標。條件語句對條件語句 if e S1 else S2 中的布爾表達式 e，其作用僅在于控制對 S1和 S2的選擇。因此，作為轉移條件的布爾式e，我們可以賦予它兩種“ 出口”：一是“ 真”出T口，出向 S1；一是“

48、 假”出口，出向 S2。于是，e的代碼F條件語句可以翻譯成如圖的一般形式。非終結符 e 具有兩項語義值 e _TC 和e_FC，它們分別指出了尚待回填真、S2的代碼假出口的四元式串。e 的“ 真”出口只有在往回掃描到if時才能知道，而它圖 3-2 條件語句的代碼結構 的“ 假”出口則需到處理過 S1并且到達 else 才能明確。這就是說，必須把 e_FC 的值傳下去，以便到達相應的 else時才進行回填。另外，當 S1語句執(zhí)行完時意味著整個 if-else 語句也已執(zhí)行完畢；因此，在 S1的編碼之后應產(chǎn)生一條無條件轉移指令。這條轉移指令將導致程序控制離開整個 if-else 語句。但是，在完成

49、 S2的翻譯之前，這條無條件轉移指令的轉移目標是不知道的。甚至，在翻譯完 S2之后，這條轉移指令的轉移目標仍無法確定。這種情形是由于語句的嵌套性所引起的。例如下面的語句：if e1 if e2 S1 else S2 else S3 在 S1的代碼之后的那條無條件轉移指令不僅應跨越 S2而且應跨越 S3。這也就是說，轉移目標的確定和語句所處的環(huán)境密切相關。條件循環(huán)語句條件循環(huán)語句 while e S 通常被翻譯成圖的代碼結構。布爾式 e 的“ 真”出口出向 S 代碼段的第一個四元式。緊接 S 代碼段之后應產(chǎn)生一條轉向測試 e 的無條件轉移指令。e 的“ 假”出口將導致程序控制離開整個 while

50、 語句。e 的“ 假”出口目標即使在整個 while 語句翻譯完之后也未必明確。例如： if e1 while e2 S1 else S2這種情況仍是由于語句的嵌套性引起的。所以，我們只好把它作為語句的語義值 SCHAIN 暫留下來，以便在處理外層語句時再伺機回填。語法翻譯實現(xiàn)方法 將上述語法翻譯付諸實現(xiàn)過程中，我們僅保留了算術表達式和布爾表達式翻譯的文法和語義動作；面對程序語句的翻譯，由于改造后含有較多的非終結符且語義動作又相對簡單，故仍恢復為改造之前的程序語句文法。由于總體上構造一個 SLR 分析表來實現(xiàn)語法分析及語義加工將使得所構造的 SLR 分析表過大，所以將其分為下面三部分處理：對算

51、術表達式單獨處理，即為算術表達式構造一個 SLR 分析表，并將賦值語句A=E 與算術表達式歸為一類處理，處理之后的賦值語句僅看作為程序語句文法中的一個終結符 a。對布爾表達式也單獨處理，并為其構造一個 SLR 分析表，經(jīng) SLR 分析表處理后的布爾表達式看作為程序語句文法中的一個終結符 e。程序語句文法此時變?yōu)椋篠 if e S else S | while e S | L | a;L SL | S此時為程序語句構造相應的 SLR 分析表就簡單多了。前面的程序語句文法中所添加的非終結符是為了能及時回填有關四元式轉移目標而引入的，在取消了這些非終結符后又如何解決及時回填轉移目標的問題呢？我們采取

52、的解決方法是增加兩個數(shù)組 labelmark 和 labeltemp 來分別記錄語句嵌套中每一層布爾表達式（ 如果有的話）e 的首地址以及每一層else（ 如果有的話）之前的四元式地址（ 即無條件轉出此層 if 語句的四元式）。也即，對程序語句的翻譯來說：在處理完布爾表達式 e 后，回填 if 或 while 語句的真值鏈；在歸約完每一個語句 S 之后檢查符號棧，看在 S 之前的文法符號是否 if 或 while，若是則回填假值鏈（ 假值入口為語句 S 所對應的四元式序列之后；對 if 語句，此時已在該序列之后加入了一條無條件轉移的四元式）；在 if 語句中，else 前面要加入一個無條件轉移的四元式轉向 if 語句末尾；在 while語句尾要有一個無條件轉移四元式轉向 while 語句開頭。