用LabVIEW和CompactRIO開(kāi)發(fā)腿輪移動(dòng)機器人

　　機器人傳感器包括：馬達和功率放大器上用于健康監測的溫度傳感器;用于電源管理的電壓和電流測量傳感器;用于腿輪配置校準的霍爾(Hall)效應傳感器;用于身體狀態(tài)測量的6軸慣性制導儀和2軸測斜儀;用于離地間隙測量的3個(gè)紅外距離傳感器。全球定位系統、視覺(jué)和激光測距儀等各種傳感器也被用于提高機器人的感應能力。機器人上的激勵器包含8個(gè)用于驅動(dòng)的直流有刷電機，2個(gè)用于前腿車(chē)輪轉動(dòng)的高扭矩RC伺服電機，用于輪腿切換的四個(gè)小型RC伺服電機和四個(gè)小型直流有刷電機。

　　軟件

　　三個(gè)運行LabVIEW 的計算核心(PC， 實(shí)時(shí)系統和FPGA)負責不同的任務(wù)。用戶(hù)操作PC，將高級指令(如機器人應該以輪模式還是腿模式運行)發(fā)送到NI CompactRIO 控制器?？刂破饕?kHz的循環(huán)速率運行，將關(guān)于機器人健康的重要信息發(fā)送回來(lái)，并在PC上記錄狀態(tài)數據。機器人軟件架構包括各種狀態(tài)機，每個(gè)狀態(tài)代表一種機器人行為。其他需要高速信號交換的算法以10 kHz的循環(huán)率在FPGA上運行。包括直流電動(dòng)機、編碼器讀數以及基于PWM的RC伺 服命令的比例-積分-微分(PID) 控制。

 　　圖2. Quattroped 控制平臺結構

　　機器人通電后，我們進(jìn)行電機校準，定義機器人每條腿輪上兩個(gè)活躍自由度的完全幾何配置。通過(guò)匹配安裝在機器人身體上的霍爾效應傳感器和安裝在腿輪內部磁鐵的相對位置實(shí)現校準。我們可以在腿模式或輪模式下操作經(jīng)校準過(guò)的機器人，這取決于當前RIM配置(即為車(chē)輪或半圈腿模式)。另外，我們也可以通過(guò)腿輪轉換來(lái)改變腿輪配置。機器人輪模式下的行為包括站立、行駛和入座。站立和入座為兩個(gè)瞬態(tài)狀態(tài)，用以過(guò)度最初地面配置和行駛行為。在行駛行為中，前進(jìn)速度和轉彎速率都連續可調。同樣，當機器人在腿模式下運作時(shí)，站立和入座行為也屬于瞬時(shí)狀態(tài)。站立起來(lái)后的機器人可以執行各種行為，包括步行、小跑、跨步、跨越障礙和爬樓梯。