從工業(yè)自動化機器直至模仿人類行為的類人機器人，都要求使用當(dāng)今最高級的控制系統(tǒng)和復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)。機器人通常部署在動態(tài)環(huán)境中，這使得開發(fā)更具挑戰(zhàn)。即便是最先進的軟件仿真也無法仿真現(xiàn)實環(huán)境中的所有變量。要了解機器人在投入實際應(yīng)用前如何響應(yīng)不同的狀況，功能原型是十分重要的。
將ni.com/labview/zhs">NI LabVIEW圖形化系統(tǒng)軟件與商用硬件整合在一起，您可以在一個月內(nèi)開發(fā)軟件，并完成功能齊全的原型系統(tǒng)。您需要根據(jù)一系列因素進行開發(fā)平臺的選擇，其中包括價格、靈活性、I/O數(shù)量、處理器速度、堅固性和板載傳感器。一些用于原型開發(fā)的通用平臺使用了LEGO® MINDSTORMS® NXT、嵌入式NI CompactRIO和NI Single-Board RIO系統(tǒng)。表1提供了可用平臺的比較。
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機器人平臺 |
iRobot Create Plus指令模塊 |
LEGO MINDSTORMS NXT基本套件 |
NI Single-Board RIO評估套件 |
MobileRobots Inc Pioneer 3-DX |
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最低配置價格 |
$229.99 USD |
$279.95 USD |
$999.00 USD |
超過$1,000 USD |
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處理器速度 |
18 MHz |
48 MHz |
400 MHz |
50 MHz |
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RS232界面 |
1個端口 |
無 |
1個端口 |
3個端口 |
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自定義I/O |
25個DIO、AI以及AO |
4個輸入端口和3個輸出端口 |
110個DIO、32個AI以及4個AO |
8位外部I/O總線，帶有高達16個設(shè)備和PC104 |
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非易失存儲器 |
144 KB |
256 KB |
256 Mb |
1 Mb |
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適用場合 |
室內(nèi)、平地板、承重2.27 kg |
室內(nèi)、平地板、承重3 kg |
可選的電機和輪子 |
室內(nèi)、超過2.5 cm門檻、兼容輪椅斜坡、承重14-23kg |
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自帶傳感器 |
是 |
是 |
否 |
是 |
表1：針對不同應(yīng)用和價位的機器人都有相應(yīng)的原型開發(fā)平臺。
使用LEGO MINDSTORMS NXT進行原型開發(fā)
LEGO MINDSTORM NXT包含智能的、用于計算機控制的LEGO模塊，是預(yù)算較少的情況下進行原型開發(fā)的理想選擇。它包含32位ARM微控制器，可以用于和多種傳感器及電機一起使用。通過使用用于LEGO MINDSTORMS NXT的LabVIEW工具包，您可以創(chuàng)建程序并直接下載到NXT模塊上。NXT模塊使用10位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）作為輸入，可以作為數(shù)據(jù)采集單元，控制多達三個電機和轉(zhuǎn)數(shù)器。
新加坡義安理工學(xué)院的工程學(xué)院開發(fā)了視覺引導(dǎo)的自動化機器人，用于撿網(wǎng)球。通過使用相機采集圖像和NI機器視覺軟件完成目標跟蹤，機器以高精度和高速度完成了這個任務(wù)。在實際應(yīng)用中，您需要更大的撿球系統(tǒng)完成整個網(wǎng)球場的任務(wù)，但是新加坡義安理工學(xué)院通過在NXT原型上測試其理論算法，從而降低了成本。
圖1：新加坡義安理工學(xué)院工程學(xué)院使用LabVIEW開發(fā)了視覺引導(dǎo)的自動化機器人用于撿網(wǎng)球。
使用iRobot Create進行原型開發(fā)
如果您正在尋找使用開發(fā)時間更短、價格更低的方案，iRobot Create整個系統(tǒng)價格低于300美元。iRobot Create是可靠的多功能機器人平臺，可以用于機器人興趣開發(fā)和研究應(yīng)用。它具有32個內(nèi)置傳感器、兩個驅(qū)動輪子、一個小腳輪、10種預(yù)編程行為、一個用于自定義傳感器和執(zhí)行機構(gòu)的可擴展I/O、一個帶有裝配點的貨箱和后擋板。
圖2：Boston Engineering使用LabVIEW構(gòu)建跳舞、唱歌的iRobot。
Boston Engineering最近將iRobot Create的使用推向了新的階段，通過添加能夠使用LabVIEW進行編程的FlexStack模塊，他們編制了讓機器人唱歌和跳舞的程序。機器人根據(jù)RFID標簽完成不同形式的舞蹈。因為圖形化編程的生產(chǎn)力出眾，Boston Engineering在短時期內(nèi)開發(fā)完成了應(yīng)用程序，實際上他們在為FlexStack開發(fā)塑料外殼所花的時間比對機器人編程的時間還長。因為他們使用了LabVIEW，讓iRobot Create唱歌跳舞只花了不到一天的時間。
使用NI Single-Board RIO和NI CompactRIO進行原型開發(fā)
有許多預(yù)先裝配的商用機器人平臺可以讓您在幾周之內(nèi)完成原型開發(fā)。但是，如果機器人原型開發(fā)需要一個更靈活的平臺，帶有確定性的實時執(zhí)行、可自定義的I/O定時和高級控制（例如美國弗吉尼亞理工大學(xué)Odin和Vecna BEAR），請考慮CompactRIO和NI Single-Board RIO嵌入式平臺。這些平臺是為高性能和高可靠性設(shè)計的。CompactRIO是共享相同體系結(jié)構(gòu)和組件的堅固平臺。使用CompactRIO或NI Single-Board RIO作為機器人的平臺，您能夠定制架構(gòu)、移動性、感知和I/O。
使用LabVIEW圖形化編程工具和RIO嵌入式平臺，您可以快速地開發(fā)功能完整的自動化機器人。KC BioMediX Inc是一家剛剛起步的醫(yī)療器械公司，位于堪薩斯州的肖尼市，他們開發(fā)了稱為NTrainer System的產(chǎn)品，幫助早產(chǎn)嬰兒進行口腔進食，提高存活機率。使用LabVIEW和CompactRIO，KC BioMediX, Inc.能夠?qū)⑵溟_發(fā)成本縮減250000美元。此外，他們能夠?qū)㈤_發(fā)時間從四個月減少到四周，不必自己開發(fā)控制軟件和驅(qū)動。
圖3：使用LabVIEW和CompactRIO，KC BioMediX, Inc.能夠?qū)⑵溟_發(fā)成本縮減250000美元。
使用Mobile Robots Inc.進行原型開發(fā)
圖4：由CCS Robotics使用MobileRobots PatrolBot作為平臺開發(fā)的機器人SpeciMinder正在被CCS Robotics應(yīng)用于醫(yī)院中。
如果您需要帶有靈活性的商業(yè)解決方案，MobileRobotics Inc.提供了基于可以用于所有目的和幾乎所有價格下的平臺。如果您正在尋找能夠與人類交互的、講究“機器人禮儀”的機器人，PeopleBot和GuiaBot知道如何進行社交。如果您需要滿足所有地形的平臺，P3AT可以用于室外或惡劣地形下的項目。P3DX是最流行的課堂機器人，PowerBot用于重負荷工作，就像工業(yè)機械臂一樣。
MobileRobots Inc. PatrolBot已經(jīng)用于實際使用，如將樣本送到醫(yī)院的多個實驗室中。將樣本置于CCS Robotics開發(fā)的SpeciMinder頂部，PatrolBot可以在無需人工干預(yù)的情況下從一個地方移動到另一個地方。它會通知它的到達，等待裝載完成，然后移動到下一個地方。如果有東西擋住它的去路，機器人會想辦法繞過它，或是使用不同的通道。一些在一年前安裝的SpeciMinder已經(jīng)累計移動了超過10000 km。
功能原型驗證能夠減少開發(fā)時間和成本。從低成本解決方案需要最少的I/O（例如基于LEGO MINDSTORMS NXT撿網(wǎng)球的機器人）直至高通道數(shù)確定性的解決方案（例如基于CompactRIO的NTrainer Sytem），針對不同應(yīng)用都有對應(yīng)的機器人平臺。使用LabVIEW對機器人進行編程，您可以方便地在一個月內(nèi)完成機器人的原型開發(fā)。
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-Meghan Meckstroth
Meghan Meckstroth是專注于機器人技術(shù)的NI應(yīng)用工程師。她獲得了美國田納西大學(xué)機械工程的學(xué)士學(xué)位。
LEGO和MINDSTORMS是LEGO Group. © 2009 The LEGO Group的注冊商標。
目前NI已全面推出LabVIEW Robotics 2009，用于自主地面機器人系統(tǒng)的設(shè)計、原型與發(fā)布，更多信息請訪問www.ni.com/robotics/zhs。