MathWorks：助力機器人發(fā)展，MATLAB和Simulink打造智能未來(lái)

MathWorks中國工業(yè)自動(dòng)化與裝備（IA&M）行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理 宋勝凱

在機器人技術(shù)領(lǐng)域，MathWorks^?的MATLAB^?和Simulink^?工具發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用。本次采訪(fǎng)中，EEPW將與MathWorks的中國工業(yè)自動(dòng)化與裝備（IA&M）行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理，宋勝凱先生一道探討這些工具的最新技術(shù)進(jìn)步，特別是在仿真和驗證自主系統方面，以及它們如何幫助研究人員和工程師在機器人設計中更有效地利用三維物理模型和機電模型。

目前在機器人和自主系統研發(fā)領(lǐng)域，AI技術(shù)的應用已成為必然趨勢。對此，宋勝凱表示，MATLAB和Simulink使工程師能夠將AI與基于模型的設計相結合，加速和增強系統的設計與實(shí)現。這包括創(chuàng )建復雜非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)的AI模型，開(kāi)發(fā)嵌入式算法，通過(guò)需求鏈接、仿真和測試來(lái)確認和驗證AI 驅動(dòng)的系統，以及通過(guò)仿真環(huán)境訓練強化學(xué)習智能體。特別是在環(huán)境感知領(lǐng)域，AI更是發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用，涉及標注、建模、訓練和部署四個(gè)主要方面。MATLAB提供內置App幫助用戶(hù)以交互式開(kāi)展各個(gè)步驟的工作，包括使用視頻標注器和圖像標注器進(jìn)行自動(dòng)標注，使用深度學(xué)習工具箱的圖形化建模環(huán)境進(jìn)行深度學(xué)習建模，以及模型的訓練和部署。

眾所周知，機器人系統是一個(gè)復雜的多域系統，它是機-電-軟各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域相互耦合。因此，三維物理模型和機電模型是與控制模型一起構成系統的必要部分，是機理分析、控制系統設計的基礎。宋勝凱進(jìn)一步談到，MathWorks提供完整的工具鏈條，為設計和開(kāi)發(fā)機器人系統提供建模和仿真的基礎環(huán)境。利用這些模型，工程師可以在機器人系統的開(kāi)發(fā)和測試過(guò)程中，進(jìn)行多域動(dòng)態(tài)仿真，運動(dòng)學(xué)運動(dòng)仿真、高級任務(wù)仿真以及硬件在環(huán)（HIL）仿真。

而傳感器數據處理則是另一個(gè)機器人技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節。機器人的感知能力依賴(lài)于傳感器，但這些傳感器提供的輸入往往包含噪聲或具有誤導性，這就需要采用算法在噪聲數據中提取有效信息，MathWorks提供多個(gè)工具箱處理特定領(lǐng)域的傳感數據，如信號處理工具箱、小波工具箱、音頻工具箱、圖像處理工具箱、計算機視覺(jué)工具箱和Lidar Toolbox?。這些工具箱提供大量的、已在工程領(lǐng)域成熟應用的函數，同時(shí)，也提供了大量的典型應用示例，為工程師快速開(kāi)展算法設計提供設計基礎。在MATLAB代碼生成工具的支持下，工程師還可以快速將算法原型自動(dòng)生成面向目標運行環(huán)境的實(shí)現代碼。在機器人的路徑規劃與決策方面，宋勝凱向EEPW介紹，MathWorks提供Sensor Fusion and Tracking Toolbox?來(lái)設計、仿真和測試多傳感器跟蹤和定位系統，以及Navigation Toolbox設計、仿真和部署自主導航算法。

Statefl ow是設計和開(kāi)發(fā)監督控制、任務(wù)調度、故障管理、通信協(xié)議、用戶(hù)界面和混合系統的主要建模工具，它在任務(wù)規劃和實(shí)時(shí)決策中起到了核心作用。

最后，宋勝凱也向我們闡述了MathWorks 對于機器人未來(lái)的趨勢，他表示，機器人行業(yè)正在進(jìn)入大規模商業(yè)應用的發(fā)展快車(chē)道，功能安全問(wèn)題和信息安全問(wèn)題也隨之凸顯。MathWorks提供的MATLAB/Simulink是構建信息物理系統的集成建模仿真平臺，V&V工具鏈幫助用戶(hù)開(kāi)展基于仿真的“確認”與“驗證”的工程活動(dòng)，這些工具共同幫助用戶(hù)探索解決功能安全和信息安全問(wèn)題的方法和解決方案。

（本文來(lái)源于《EEPW》202411）