應對機器人設計開(kāi)發(fā)中的三大挑戰

　　2. 軟件必須具備與硬件的良好集成性

　　每個(gè)自主系統都必須感知或察覺(jué)周?chē)澜绲沫h(huán)境并做出反應。感知系統需要外部傳感器(如激光測距儀、聲納傳感器等)，做出反應則要依靠不同類(lèi)型的執行機構完成。因此軟件工具必須能夠直接驅動(dòng)各種傳感器和執行機構。除了感知系統和執行控制，往往還需要在真實(shí)硬件上實(shí)現決策規劃，這意味著(zhù)軟件必須具有與實(shí)時(shí)系統、實(shí)時(shí)嵌入式硬件、甚至FPGA的強大交互性。目前的許多機器人軟件開(kāi)發(fā)包缺乏類(lèi)似功能，它們能夠仿真并在開(kāi)發(fā)機器上運行，但不具備在實(shí)時(shí)硬件目標上的執行能力。

　　圖5 基于NI嵌入式硬件平臺CompactRIO搭建成的機器人原型，從仿真到最終系統實(shí)現的軟件平臺均為NI LabVIEW

　　3. 軟件必須具備良好的交互性

　　完成機器人設計并不簡(jiǎn)單，它需要反復修改和原型設計。因此機器人領(lǐng)域的研發(fā)人員需要一款可以輕松調試的軟件包，既可進(jìn)行直觀(guān)的仿真，又能在實(shí)時(shí)硬件系統上快速實(shí)現，從而測試算法和真實(shí)I/O。每次硬件實(shí)驗之后都可能再回到開(kāi)發(fā)環(huán)境，對代碼進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化或調整。這些都要求軟件開(kāi)發(fā)工具具有極佳的交互性。

　　針對上述三點(diǎn)需求，NI LabVIEW軟件是一款理想的機器人開(kāi)發(fā)軟件。LabVIEW圖形化編程方式使其天然具備直觀(guān)性。最新的LabVIEW機器人模塊還集成了常用的搜索、蔽障、路徑規劃、以及動(dòng)力學(xué)算法，可以最大程度地幫助機器人開(kāi)發(fā)人員快速實(shí)現應用。此外，與硬件的無(wú)縫集成也是LabVIEW的一大特點(diǎn)。通過(guò)LabVIEW軟件本身就可以連接各種傳感器和執行機構。完成算法仿真的LabVIEW代碼可以直接下載到NI嵌入式實(shí)時(shí)硬件平臺CompactRIO或SingleBoard RIO執行，從而實(shí)現真正的與硬件無(wú)縫集成。LabVIEW機器人模塊中還提供了多種機器人常用傳感器在實(shí)時(shí)硬件平臺下的現成驅動(dòng)程序，從而使機器人的開(kāi)發(fā)更為簡(jiǎn)單。最后，LabVIEW提供交互式的調試環(huán)境和豐富的界面設計工具，各種算法都可在實(shí)時(shí)嵌入式硬件上直接實(shí)現，并可方便地反復修改驗證，滿(mǎn)足了機器人研究人員的調試需要。SCOPE項目主管Barrett博士稱(chēng)LabVIEW正是工業(yè)界所需的軟件：“我花了15年時(shí)間力圖探尋最佳機器人編程語(yǔ)言，NI LabVIEW無(wú)愧殊榮。它能夠處理各類(lèi)傳感器、多種執行機構、復雜動(dòng)態(tài)控制算法，并能在實(shí)時(shí)環(huán)境下輕松進(jìn)行驗證調試，完成系統實(shí)現。”

　　除了上述優(yōu)點(diǎn)，NI LabVIEW還具有高度的靈活性和開(kāi)放性。例如，LabVIEW機器人模塊已經(jīng)提供一些成熟的路徑搜索算法，用戶(hù)可重用這些算法，同時(shí)用戶(hù)也可以基于這些基本的搜索算法添加他們的創(chuàng )新或最新研究成果，從而創(chuàng )建新型的搜索算法。用戶(hù)也可以將這些算法與LabVIEW中提供的其他算法或第三方技術(shù)集成從而開(kāi)發(fā)更多的創(chuàng )新應用，如機器人救援或醫療輔助應用。LabVIEW是一個(gè)開(kāi)放的軟件，它支持許多廠(chǎng)商的硬件平臺或自定義設備，并且支持調用多種第三方開(kāi)發(fā)工具產(chǎn)生的代碼或模型，使其應用范圍拓展到機器人應用的各個(gè)領(lǐng)域。