爱体育在线登录:机器人模块概述 - 全文

2022-09-27 02:28:00

来源:爱体育官方网站 作者:爱体育网页版

  机器人技能是开展最快的工程范畴之一,也是最具有应战性的一个范畴。简直全部的机器人,都有不同的操作环境,行为或使命也不同,衔接的传感器和履行器也不同。因而,人们常常在不同的硬件渠道上运用不同的开发东西来开发机器人。一个工程师开发的成功用于某个机器人的可用操控体系很难再用于另一个机器人,由于运用于传感、自治和电机操控的运用程序接口(API)在语法上是不同的。

  在规划、原型开发和布置机器人运用时,面对三个最大的应战:集成传感器和履行器,完结自治以及布置承认性的操控算法至嵌入式硬件。为了应对这些应战, LabVIEW RoboTIcs供给了一整套全新的机器人专用传感器和履行器驱动,以及完结杂乱导航运算的新代码库。而且,有了LabVIEW,开发人员只需求运用一个软件开发环境就可以规划操控算法,衔接实践I/O,以及布置至承认性硬件方针。

  假如规划者可以得到实践的传感器输入以及操控实践履行器,比方马达的才能,那么他们就能加速机器人的原型开发。LabVIEW RoboTIcs包含新的VI选版来装备、操控和获取自主车辆中的一些最常用的传感器的数据,其接纳到的数据可以运用。不管是低成本的红外线传感器仍是高分辨率的光定向和测距(LIDAR)传感器,LabVIEW RoboTIcs都可以让运用者快速地检索传感器数据,然后使他们能愈加重视于高档智能和操控的完结。别的,不管是无刷马达,有刷直流马达,仍是步进马达,LabVIEW RoboTIcs都供给了多种衔接、操控马达的办法。

  图1. LabVIEW Robotics包含一整套针对自治体系中最常用的传感器的新驱动。

  美国弗吉尼亚理工大学规划的瞎子驾驭车辆是一个典型的依赖于传感器的反应和履行器的操控的机器人比方。这个半自动车辆有一个依据触觉的人机界面,可以让瞎子驾驭员做出驾驭决议。传感器依据车辆的情况来收集重要信息,比方经过霍尔效应传感器收集速度信息,经过弦丝电位计收集转向角。光定向和测距(LIDAR)传感器扫描驾驭环境,然后承认妨碍或许交通路标。学生们可以快速收集这些传感器取得的数据,然后在LabVIEW中运用NI CompactRIO内嵌式渠道的高速现场可编程门阵列(FPGA)进行直接处理。

  处理完这些传感器数据后,学生们运用LabVIEW和CompactRIO来操控很多的晶体管和继电器,以不同强度开动驾驭员身上穿的马甲中的马达。驾驭员可以运用触感式马甲对速度进行调理,然后自若的驾驭直至抵达速度上限,速度到达上限时,马甲会提示驾驭员需求多大的刹车力度来使车辆回到安全速度。学生们在FPGA上运用LabVIEW完结这种电机操控,然后极大地缩短了从探测到妨碍,到马达全速振荡之间的时刻,关于驾驭员来说,这在紧迫情况下是至关重要的。

  图2. 弗吉尼亚理工大学的瞎子驾驭车辆运用LabVIEW和CompactRIO完结与传感器、履行器的通讯,算法开发以及布置。阿迪哈根,16岁,驾驭瞎子轿车,带着弗吉尼亚理工大学的规划师格雷格加纳曼(乘客座)出去兜风。

  只是用了两个学期,9名大学生就完结了规划,瞎子驾驭员可以安全地完结根本的驾驭使命。

  “LabVIEW具有直观的图形化操作界面,LIDAR等传感器的驱动也是现成的,这对由机械工程专业大学生组成的团队来说,可以让咱们快速、有用的树立定制的嵌入式软件。”格雷格加纳曼,弗吉尼亚理工大学的学生,团队队长。

  完结机器人的自治是一个既有应战,又非常重要的使命。关于像导航这样的使命,算法越来越杂乱,这往往需求软件开发人员具有核算机科学方面的布景常识。别的,假如不能完结代码的重复运用,每开端一个新项目,工程师总要从底层对算法进行开发。

  为了协助机器人工程师进行算法开发,NI界说了一些在自治体系中最常用的算法,并将这些算法打包,这样,即便工程师没有核算机科学的布景常识,也可以让他们完结机器人的自治。LabVIEW Robotics包含一些新的VI和比方,比方依据传感器反应的避障算法,核算开端方位和方针方位之间的最短间隔,以及将一个规范的或许可衡量的空间变换成可查找的网格,然后使移动机器人完结导航。

  图3. LabVIEW Robotics可以完结高档的自治算法,比方A*查找途径规划。

  LabVIEW Robotics中的算法都是模块化的,他们被细分为一些独立的使命。这种模块化使得开发人员可以轻松地修正现有的代码,或许在多个项目中重复运用同一套代码或算法。这样一来,开发者就可以在从最底层算法开发上节省时刻,然后可以把更多时刻用在针对特定运用的高档或许自界说算法上。

  机器人所运用的算法从规划到实践在硬件中履行是一个很困难的进程,这需求机器人开发人员在两者之间树立一个桥梁。关于像导航和定位这样的使命,现代机器人需求高呼应的操控。许多工程师首要运用高档数学软件对算法进行建模和测验,然后再将算法植入到C言语嵌入式体系中,再对低成本、低层次的硬件进行汇编编程。这常常需求在嵌入式硬件上对操控算法进行从头完结和测验。

  LabVIEW改进了这个进程,将与硬件的通讯抽象化,然后使在嵌入式实时和FPGA方针上拜访剖析、数学、自治代码库和在台式电脑上拜访这些库函数相同便利。这使得工程师可以将理论的算法规划与实践的数据结合在一起,然后更精确的对成果和行为进行核实及承认。

  运用NI的产品,开发人员可以轻松地将LabVIEW Robotics和实时以及依据FPGA的硬件结合在一起,然后取得高呼应的操控。这些产品包含巩固的CompactRIO嵌入式渠道,低成本且只要单板的Single-Board RIO。有了这种可重复装备I/O(RIO)硬件架构,机器人开发人员可以运用FPGA逻辑来完结硬件接口,信号处理,以及任何对时刻承认性要求比较高的操控算法;然后使处理器腾出时刻来处理像导航或使命规划这样的高档使命。

  经过运用LabVIEW这种图形化编程环境和NI的Single-Board RIO,由来自加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的本科生和研讨生组成的团队,开发了一款地上无人车辆,它可以穿越杂乱的地势,比方瓦砾和楼梯,一起坚持一个小的外形格式用于密闭空间导航。仅用了几个月的时刻,学生们就可以完结全部的底层编程和调试,并可以把他们的软件布置到机器人中进行测验。软件运用的是杂乱的操控和估核算法,可以取得不同的运动形式,其间包含坚持平衡。

  “LabVIEW和Single-Board的结合使咱们可以在车辆的运转进程中调整增益系数,而且实时监控它的功用体现,这大大减少了操控体系的开发时刻。硬件与软件的无缝整合让咱们能把时刻更多的用在操控算法上,而不是用在衔接传感器和履行器上。” 尼克马洛卓斯基,机械工程专业博士研讨生,“弹簧刀”项目团队队长。

  从革命性的医疗器械到顶级机器人和工业机器,图形化体系规划可以协助开发人员进行快速原型规划和开发,而且布置至嵌入式体系。LabVIEW图形化开发环境和依据FPGA的嵌入式实时硬件之间的无缝结合可以让开发人员快速的规划,原型开发,以及布置他们的体系。加上最近参加NI渠道的LabVIEWRobotics模块,开发人员现在已经有了规划精细的机器人或许自治体系的全部东西。

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