基于LabVIEW構建智能的移動(dòng)機器人及無(wú)人駕駛車(chē)

　　實(shí)例分析1：南洋理工大學(xué)使用NI LabVIEW設計救生機器人蜘蛛

　　南洋理工大學(xué)開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于支持營(yíng)救工作的六足機器人蜘蛛。它是一個(gè)尺寸較小、可移動(dòng)的智能機器人，在搜尋被陷的受害者時(shí)，它可以越過(guò)障礙并到達通常難以觸及的地方。替代如清掃雷區使之無(wú)雷化等危險任務(wù)中的工作人員也是機器人蜘蛛的另一個(gè)潛在應用領(lǐng)域。

　　他們設計了一個(gè)高度可移動(dòng)的行走方案，它由六只獨立的下肢組成，可以任意方向移動(dòng)機器人，即使在機器人移動(dòng)通常不可行或過(guò)于危險的地帶。行走與旋轉均屬于模仿六足昆蟲(chóng)而得的基本的高層次運動(dòng)模式。通過(guò)三條下肢移動(dòng)而另外三條下肢抬高，機器人可以達到期望的行走速度，并提供惡劣地帶所需的足夠平衡。爬行時(shí)，機器人可以擠壓通過(guò)緊湊的空間和狹縫。單下肢的低層次運動(dòng)步態(tài)是3D空間內的幾何原語(yǔ)，如長(cháng)方形或圓形軌道。

　　24個(gè)自由度的多功能機電系統及智能運動(dòng)控制

　　下肢結構與運動(dòng)控制構成了機器人蜘蛛關(guān)鍵特性的一部分。24只智能DC有刷電機共同驅動(dòng)這些下肢，并充當行走結構中不可或缺的關(guān)節。這樣得到了一個(gè)堅固的輕型結構，從而降低了功耗并改善了運動(dòng)動(dòng)態(tài)特性。

　　除了這些下肢，機器人蜘蛛的特性還在于典型的自主機器人子系統，其中包括機器視覺(jué)、遠程測量和無(wú)線(xiàn)通信。機器人堅固的殼體內包含有嵌入式硬件、兩節7.2伏的鋰聚合物電池和電量測量裝置。任務(wù)參數、I/O設置和新的運動(dòng)步態(tài)均可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信或可移動(dòng)存儲介質(zhì)傳遞。

　　機器人蜘蛛的低層次運動(dòng)有賴(lài)于運行時(shí)計算的復雜數學(xué)模型。憑借ADI公司的Blackfin處理器的高級嵌入式計算能力和LabVIEW的確定性實(shí)時(shí)性能，機器人的運動(dòng)表現得有力而平穩?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/NI">NI LabVIEW嵌入式模塊的程序連續運行一個(gè)逆動(dòng)力學(xué)算法，算法包含三角函數和矩陣運算，求解恰當的關(guān)節角q1與q2，以沿著(zhù)3D空間內的期望軌線(xiàn)精確移動(dòng)末端執行裝置。

　　所有六足的關(guān)節角度的計算并行完成以確保動(dòng)態(tài)運動(dòng)，相應地也得到了連續計算所得的24個(gè)電機的設置點(diǎn)。這些設置點(diǎn)通過(guò)一個(gè)串行RS485網(wǎng)絡(luò )傳遞至每只電機，并由分散PD控制器轉換為實(shí)際執行動(dòng)作。通過(guò)同樣的網(wǎng)絡(luò )，完成所有24只執行裝置的位置、反饋和溫度讀數的采集。

　　圖形化的實(shí)時(shí)系統設計平臺

　　機器人蜘蛛應用軟件是利用面向Blackfin處理器的LabVIEW嵌入式模塊編程實(shí)現的。LabVIEW為高層次編程、圖形化調試、圖形化多任務(wù)處理和確定性的實(shí)時(shí)行為，提供了一個(gè)理想的嵌入式軟件平臺。面向對象的設計模式有助于進(jìn)一步控制圖形化層次上的復雜度。例如電機或傳感器等主要對象，通過(guò)LabVIEW中表示類(lèi)的功能性全局變量加以抽象。主要的應用框架由以下多個(gè)任務(wù)組成。

　　● 頂層主循環(huán)對由一個(gè)經(jīng)典狀態(tài)機表示的動(dòng)作進(jìn)行規劃，而狀態(tài)機通過(guò)軟件隊列和同步方法(如信號量)與其他循環(huán)連接。通信任務(wù)保持一個(gè)與外部世界的無(wú)線(xiàn)數據連接。

　　● 視覺(jué)任務(wù)負責低層次的圖像處理和距離讀數。

　　● 運動(dòng)控制任務(wù)管理高層次的運動(dòng)模式與低層次的肢體控制，并監測馬達的位置與狀態(tài)。

　　● 日常任務(wù)充當一個(gè)通用錯誤處理器。檢測事件與異常，并將其及時(shí)間記錄到可移動(dòng)的存儲介質(zhì)，以供后續讀取。

　　通過(guò)采用LabVIEW嵌入式模塊所提供的圖形化編程環(huán)境，以及Blackfin處理器的高處理器性能，開(kāi)發(fā)周期也大為縮短?；贚abVIEW的圖形化快速調試模式在算法的工程實(shí)現過(guò)程中非常有用，縮短了5倍的開(kāi)發(fā)時(shí)間。