|
機器人項目為機械、電子和軟件工程師們提供親手實(shí)踐設計的機會(huì )。從FIRST機器人高中競賽到某些最高級的機器人系統開(kāi)發(fā)研究，學(xué)生們都能將NI CompactRIO作為機器人設計平臺。本文調研了幾項學(xué)生團隊采用CompactRIO作為嵌入式機器人控制平臺實(shí)現的成果。 FIRST 機器人競賽(FRC) 從1989開(kāi)始FIRST 就鼓勵年輕人成為科學(xué)技術(shù)的領(lǐng)導者。如今，世界范圍內有將近200,000名學(xué)生參與到FIRST 的項目中，其中最重要的一項是FIRST 機器人競賽(FRC)。 FRC是專(zhuān)門(mén)針對高中學(xué)生設計的項目。競賽要求每個(gè)團隊在6周時(shí)間內通過(guò)設計和搭建機器人來(lái)解決一個(gè)復雜問(wèn)題。然后這些學(xué)生需要與其他團隊比賽，比賽的項目每年都不相同。每個(gè)學(xué)生團隊擁有一個(gè)或兩個(gè)導師，一般都為專(zhuān)業(yè)工程師。最終，每個(gè)團隊將因他們出色的設計和專(zhuān)業(yè)精神而獲得獎勵。 
圖1. 2009 FIRST機器人世界冠軍賽于2009年4月在亞特蘭大的Georgia Dome舉辦。 FRC向高中學(xué)生提出現實(shí)世界中的問(wèn)題和任務(wù)，提供給每個(gè)參賽隊相同的工具；此外，參賽隊還可以花費一定資金來(lái)購買(mǎi)他們選擇的工具作為補充。這就要求每個(gè)參賽隊嚴格地管理資金。參賽隊必須在他們的設計中集成各類(lèi)不同供應商的傳感器、攝像頭和電機。此外，參賽者必須遵守嚴格的時(shí)間限制，并做出包括軟件、電子和機械等組件的設計考量。 2008年FIRST官方宣布他們將采用NI CompactRIO嵌入式控制平臺作為競賽的下一代FRC機器人控制器。CompactRIO平臺讓高中學(xué)生體驗了高級控制能力和高端性能，它配備了 400 MHz PowerPC和基于FPGA的I/O。CompactRIO模塊化I/O系統可以連接相當多種類(lèi)的傳感器和執行器，并具有功能強大的實(shí)時(shí)視覺(jué)處理能力，可搭建出高級的機器人。學(xué)生能通過(guò)包括無(wú)線(xiàn)監視和仿真在內的最新技術(shù)設計出由駕駛員控制或全自主的機器人，從而實(shí)現更多的臨場(chǎng)控制和更多精確的設計。 兩項使用CompactRIO的大型應用 許多教育和研究領(lǐng)域的領(lǐng)導者采用CompactRIO成功開(kāi)發(fā)了復雜的機器人系統。本部分討論兩個(gè)特殊的應用：弗吉尼亞理工大學(xué)工程學(xué)學(xué)生開(kāi)發(fā)的無(wú)人駕駛地面車(chē)，以及麻省理工大學(xué)(MIT)學(xué)生設計的橋梁檢測機器人。 Victor Tango團隊的Odin：DARPA城市挑戰賽 Victor Tango是由弗吉尼亞理工大學(xué)工程學(xué)學(xué)生組成的團隊，他們成功搭建了一個(gè)完整的機器人系統來(lái)控制該團隊的2005 Ford Escape混合動(dòng)力車(chē)Odin。該團隊在由89名參賽者參加的美國國防高級研究計劃局(DARPA)城市挑戰賽中獲得第三名。Victor Tango團隊采用LabVIEW圖形化編程及CompactRIO來(lái)進(jìn)行機器人控制系統的設計和建模。
圖2. Victor Tango的Odin全自主車(chē)輛在擁有89名參賽者的DARPA城市挑戰賽中獲得第三名。 CompactRIO和LabVIEW為這個(gè)主要由機械工程師組成的團隊提供了高級算法設計能力，而無(wú)需涉及太多的計算機科學(xué)背景�？焖儆布蛙浖芍С种庇^(guān)的應用調試，從而實(shí)現快速原型開(kāi)發(fā)和設計優(yōu)化。此外， CompactRIO可以為圖像采集，傳感器信號采集和系統控制提供時(shí)間關(guān)鍵處理, 在團隊的成功中起到了關(guān)鍵作用。 MIT用于橋梁檢測的機器人 在麻省理工大學(xué)(MIT)，機械工程學(xué)研究生在Harry Asada博士的指導下采用CompactRIO和LabVIEW開(kāi)發(fā)了用于橋梁檢測的緊湊型機器人。研究人員嘗試采用可懸掛在需要監測的橋梁上的低功率機器人來(lái)創(chuàng )建虛擬傳感器網(wǎng)絡(luò )。機器人裝備有攝像頭和加速度計，從而可連續進(jìn)行測量。
圖3. MIT橋梁檢測機器人的最終設計中采用了磁鐵來(lái)將其懸掛在橋梁下。 最終的設計中采用了磁鐵將機器人永久倒立懸掛，允許機器人以最小的功率在各類(lèi)表面上行動(dòng)。最后，團隊采用了CompactRIO和LabVIEW來(lái)實(shí)現控制算法。在機器人軌跡跟蹤的設計和記錄來(lái)自機器人攝像頭和傳感器數據等方面，CompactRIO起到了關(guān)鍵作用。機器人上搭載的FPGA用于高速電機控制及傳感器反饋。 總結 美國國家儀器公司的機器人圖形化系統設計方法向學(xué)生和工程師提供了高效解決工程問(wèn)題的能力。通過(guò)CompactRIO和 LabVIEW圖形化編程，使參加FIRST 機器人競賽的學(xué)生能夠接觸到與MIT研究人員和弗吉尼亞理工大學(xué)工程系學(xué)生所用的相同的技術(shù)。 工業(yè)和學(xué)術(shù)界的每個(gè)人都能使用NI平臺成功進(jìn)行機器人系統的設計、建模和發(fā)布。美國國家儀器公司支持將機器人作為培養數學(xué)和科學(xué)明日之星的工具。從 FRC機器人到結構健康監測，LabVIEW和CompactRIO作為普適且直觀(guān)式平臺可用于解決當今大多數復雜問(wèn)題。 NI公司供稿 |
