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NI labview 2020 下载地址LabVIEW和CompactRIO在腿轮混合式移动机器人开发中的应用

2023-06-28 10:59:25

　　LabVIEW和CompactRIO在腿轮Sitapur终端机器人开发中的应用领域

　　国际金属加工网

　　先进制造 ◇ 系列技术讲座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中国机器人行业典型研讨会

　　对终端机器人的开发而言，其大小，重量及性能都非常重要，因此坚固的组件化CompactRIO系统适于用作开发。 LabVIEW和NI硬件之间定义良好的相容性显著地减少了开发者执行系统集成的时间和精力。"

　　The Challenge: 开发两个腿轮Sitapur终端机器人，使其能在平缓的地势洛耶湖速非常灵活行驶，也可在纯天然或人工不平缓的地貌上顺利通过。

The Solution:使用NI LabVIEW和CompactRIO以及各式各样I / O组件将机械、电子及软件开发快速集成到三合一机器人原型。

　　项目背景

　　脚部和轮轴这两种方法在发射塔体育运动平台上被广泛选用。经过漫长的演变过程，大绝大多数陆地动物的脚部博洛尼亚活有力，并能够快速顺畅地在不平缓的纯天然地貌上奔驰。在另一方面，人类发明了流石滩专用的体育运动轮轴，其出色的输出功率效率和在流石滩高速的流畅运转是脚部体育运动无可比拟的。

　　由此，来自国立台湾大学的仿生机器人实验室（BioRoLa）团队致力于设计两个腿轮Sitapur机器人，它结合了轮轴和脚部的终端性，在平缓和恶劣环境下都能为室内室外行走提供两个终端平台。

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　　机械设计

大绝大多数混合动力平台上相同的车轮和腿都有相同的装置和鞭策器，相比这些平台，这款名为Quattroped的腿轮Sitapur终端机器人选用了一类切换机制，可将自身某一的一部分变形成为两个车轮或一条腿。从欧几里得角度而言，两个车轮通常有两个方形轮毂，而转轴则坐落于轮毂中间。轮毂与发射塔接触，而转轴与机器人身体上的一点相连接，此点就是“膝关节”。在一般情况下，轮式终端时车轮在流石滩体育运动并不断旋转，轮轴与发射塔的触点就坐落于髋关节下的一定环内。相较而言，用腿终端时脚部以持续性方式体育运动，在膝关节和发射塔触点之间没有某一的欧几里得实用性；因此脚部在体育运动中的相较边线具有持续性频繁变化的特点。

　　基于而此观察发现，将膝关节抽走方形轮毂中心并将连续体育运动商业模式改为其他体育运动商业模式，Kozhikode达到轮商业模式向腿商业模式的切换。这激发了他们去设计一类能间接控制方形轮毂和膝关节的相较边线的商业模式，从而它既能展开轮体育运动又能展开腿体育运动。由于方形轮毂是两个二维的对象，实现而此目标的最间接的方法是再增加两个分量（DOF），沿着体育运动方向调节膝关节相较方形轮毂的边线。两个分量的体育运动也互相形成直角。此外，无论是轮商业模式还是腿商业模式都能有效运转同一组的驱动力输出功率。

机电一体化

　　他们选用NICompactRIOPDP控制系统作为机器人驱动力器，它主要包括两个400MHz的动态CPU和3M现场电子电路电子电路（FPGA）。 FPGA间接连接NI C系列I/O组件，这些组件能从载板感应器和鞭策器获得数据。对模拟I/O他们选用NI 9205和NI 9264I/O组件，对数字I/O选用NI 9401和NI 9403I/O组件。FPGA与动态CPU相连接，并通过IEEE 802.11无线方式与电脑展开通讯。

机器人感应器主要包括：马达和输出功率放大器上用作身心健康监测的温度感应器；用作电源管理的电压和电流量测感应器；用作腿轮实用性校正的霍尔（Hall）效应感应器；用作身体状况量测的6轴惯性制导仪和2轴测斜仪；用作离地间隙量测的3个红外距离感应器。定位系统、视觉和火控系统等各式各样感应器也被用作提高机器人的感应能力。机器人上的鞭策器包含8个用作驱动力的三相有刷电机，2个用作脚后跟轮轴转动的高扭矩RC切换器电机，用作轮腿切换的五个小型RC切换器电机和五个小型三相有刷电机。

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　　软件

三个运转LabVIEW 的计算核心（PC，动态系统和FPGA）负责相同的任务。用户操作PC，将高级指令（如机器人应该以轮商业模式还是腿商业模式运转）发送至NI CompactRIO驱动力器。驱动力器以1kHz的循环式速率运转，将关于机器人身心健康的重要信息发送回来，并在PC上记录状况数据。机器人软件架构主要包括各式各样状况机，每个状况代表一类机器人行为。其他需要高速信号交换的算法以10 kHz的循环式率在FPGA上运转。主要包括三相电动机、编码器读数以及基于PWM的RC切换器命令的比例-积分-微分（PID）控制。

机器人通电后，他们展开电机校正，定义机器人每条腿轮上两个活跃分量的完全欧几里得实用性。通过匹配安装在机器人身体上的霍尔效应感应器和安装在腿轮内部磁铁的相较边线实现校正。他们可以在腿商业模式或轮商业模式下操作经校正过的机器人，这取决于当前RIM实用性（即为轮轴或半圈腿商业模式）。另外，他们也可以通过腿轮切换来改变腿轮实用性。机器人轮商业模式下的行为主要包括站立、行驶和入座。站立和入座为两个瞬态状况，用以过度最初发射塔实用性和行驶行为。在行驶行为中，前进速度和转弯速率都连续可调。同样，当机器人在腿商业模式下运作时，站立和入座行为也属于瞬时状况。站立起来后的机器人可以执行各式各样行为，主要包括步行、小跑、跨步、跨越障碍和爬楼梯。

　　NI软硬件的益处

　　在一般情况下，机器人属于高分量的复杂系统。机器人的成功发展需要花费时间和精力来妥善整合各式各样机械、电气和计算机系统。来自国立台湾大学BioRoLa团队，主要由拥有机械工程背景的学生组成，他们需要两个可靠、组件化、易于使用及良好集成的平台。

经过广泛的研究，他们发现NI产品能为他们的应用领域程序提供最佳解决方案，原因如下： LabVIEW为非编程背景的学生提供了直观的图形化流程图表示方法，可以让他们轻松建立过程图并作为解决方案，然后再将过程图转化为软件。能在Windows，RTOS和基于FPGA的目标上使用相同的图形化开发环境也极其有帮助。由于开发驱动力器软件时他们不必花时间学习底层的编程语法，因而能够花更多的时间专注于他们设计的机械部分。

　　“对终端机器人的开发而言，其大小，重量及性能都非常重要，因此坚固的组件化CompactRIO系统适于用作开发。 LabVIEW和NI硬件之间定义良好的相容性显著地减少了开发者执行系统集成的时间和精力。”

　　未来计划

凭借NI LabVIEW图形化系统设计和NI CompactRIO，一支机械工程学生团队设计出了两个拥有优雅软件构造的复杂机电一体化系统，对今后的进一步开发扩展也很方便。在硬件方面，他们正在将各式各样感应器融合到当前的机电化系统中，以提高机器人的感应能力。在动作方面，他们正在完善和开发具有闭环控制功能的脚部行为，以提高机器人在各式各样具有挑战性的地貌上的终端能力，并开发其脚部动态步态。

　　( 文章来源：互联网 )

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