應對機器人設計開(kāi)發(fā)中的三大挑戰

　　引言

　　機器人的研究與開(kāi)發(fā)是當今學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的熱點(diǎn)之一，機器人的發(fā)布數量較之過(guò)去有明顯增長(cháng)，2010年機器人市場(chǎng)規模預計將達到4700億美元。過(guò)去人們往往只能在實(shí)驗室或高科技競賽中見(jiàn)到機器人的身影，而如今它們已經(jīng)走入工業(yè)應用甚至是普通人的生活中[1]?，F在，機器人應用所覆蓋的領(lǐng)域包括無(wú)人駕駛車(chē)輛、險情救援、個(gè)人與服務(wù)機器人、醫療機器人、農業(yè)與采礦、教育與智力開(kāi)發(fā)等，并且隨著(zhù)科技的發(fā)展，機器人的應用領(lǐng)域還在不斷擴展。

　　但是機器人的快速發(fā)展也為該領(lǐng)域的研究與開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了巨大的挑戰。機器人領(lǐng)域的著(zhù)名科學(xué)家David Barrett博士(曾任iRobot公司副總裁、迪士尼夢(mèng)幻工程公司主管，現任美國Olin學(xué)院SCOPE項目主管，)在2009年NIWeek圖形化系統設計會(huì )議上總結了當前機器人開(kāi)發(fā)所面臨的三大挑戰：創(chuàng )造更小、更輕、更強大的電池;創(chuàng )造更小、更輕、更強大的執行機構;需要一個(gè)工業(yè)級的、并且具有良好兼容性的軟件開(kāi)發(fā)平臺。這些挑戰也獲得了業(yè)內其他領(lǐng)導者的響應：Segway思維車(chē)的發(fā)明人、FIRST機構及DEKA研發(fā)公司的創(chuàng )始人Dean Kamen表達了對機器人開(kāi)發(fā)中傳統嵌入式方法的顧慮;美國國防部地面機器人和自主系統主管Ellen Purdy關(guān)注于自主系統的進(jìn)一步標準化和持久性(電池能力)需要;韓國浦項智能機器人研究所的Hee Chang Moon博士強調了對于集成的嵌入式系統以及直觀(guān)式開(kāi)發(fā)軟件的需求。認識到這些挑戰，世界各地的業(yè)內人士都在努力尋求這些挑戰的解決之道：Dean Kamen的團隊選擇NI LabVIEW軟件和NI CompactRIO嵌入式硬件平臺用于FIRST項目中的機器人自主控制系統開(kāi)發(fā);TORC科技公司從傳統的編程工具轉而使用NI LabVIEW軟件平臺設計其復雜的自主系統，其CEO Michael Fleming在NIWeek會(huì )議上特別談到了TORC如何從功能強大的高級軟件中獲益，從而有助于簡(jiǎn)化系統設計中的復雜問(wèn)題。

　　接下來(lái)我們將展開(kāi)分析這些挑戰，并探尋相應的應對方法。

　　圖1 FIRST機器人競賽平臺采用NI LabVIEW軟件和嵌入式硬件CompactRIO，在這些工具的幫助下即使是高中學(xué)生也能解決機器人設計中的復雜問(wèn)題

　　挑戰一. 創(chuàng )造更小、更輕、更強大的電池

　　許多機器人需要在野外或嚴苛的環(huán)境中長(cháng)時(shí)間獨立工作，需要可長(cháng)時(shí)間獨立供電的電源。目前全世界有多家公司和研究機構致力于這方面研究。許多廠(chǎng)商選擇NI平臺用于設計仿真、生產(chǎn)優(yōu)化、驗證測試等各個(gè)環(huán)節，推動(dòng)其創(chuàng )新產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和應用，這些創(chuàng )新產(chǎn)品包括新型燃料電池、太陽(yáng)能電池、基于小型移動(dòng)平臺的高效發(fā)電和蓄能裝置等。

　　能夠長(cháng)時(shí)間獨立運行的機器人系統不僅需要更高效的新型電池，還需要對能源的使用進(jìn)行優(yōu)化，例如通過(guò)增加電源管理功能有效地監測電量消耗并選擇不同的節電模式，這樣才能真正發(fā)揮出新型電池的效能優(yōu)勢。NI計劃對其嵌入式硬件平臺CompactRIO和SingleBoard RIO增加內置電源自診斷和監視功能，使機器人開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)相應的API直接訪(fǎng)問(wèn)電池狀態(tài)，從而設計更優(yōu)化的待機和節電模式。NI希望通過(guò)這些努力最終消除電源問(wèn)題對機器人發(fā)展的制約。