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　　实例分析1：南洋理工大学使用NI LabVIEW设计救生机器人蜘蛛

　　南洋理工大学开发了一个用于支持营救工作的六足机器人蜘蛛。它是一个尺寸较小、可移动的智能机器人，在搜寻被陷的受害者时，它可以越过障碍并到达通常难以触及的地方。替代如清扫雷区使之无雷化等危险任务中的工作人员也是机器人蜘蛛的另一个潜在应用领域。

　　他们设计了一个高度可移动的行走方案，它由六只独立的下肢组成，可以任意方向移动机器人，即使在机器人移动通常不可行或过于危险的地带。行走与旋转均属于模仿六足昆虫而得的基本的高层次运动模式。通过三条下肢移动而另外三条下肢抬高，机器人可以达到期望的行走速度，并提供恶劣地带所需的足够平衡。爬行时，机器人可以挤压通过紧凑的空间和狭缝。单下肢的低层次运动步态是3D空间内的几何原语，如长方形或圆形轨道。

　　24个自由度的多功能机电系统及智能运动控制

　　下肢结构与运动控制构成了机器人蜘蛛关键特性的一部分。24只智能DC有刷电机共同驱动这些下肢，并充当行走结构中不可或缺的关节。这样得到了一个坚固的轻型结构，从而降低了功耗并改善了运动动态特性。

　　除了这些下肢，机器人蜘蛛的特性还在于典型的自主机器人子系统，其中包括机器视觉、远程测量和无线通信。机器人坚固的壳体内包含有嵌入式硬件、两节7.2伏的锂聚合物电池和电量测量装置。任务参数、I/O设置和新的运动步态均可以通过无线通信或可移动存储介质传递。

　　机器人蜘蛛的低层次运动有赖于运行时计算的复杂数学模型。凭借ADI公司的Blackfin处理器的高级嵌入式计算能力和LabVIEW的确定性实时性能，机器人的运动表现得有力而平稳。基于NI LabVIEW嵌入式模块的程序连续运行一个逆动力学算法，算法包含三角函数和矩阵运算，求解恰当的关节角q1与q2，以沿着3D空间内的期望轨线精确移动末端执行装置。

　　所有六足的关节角度的计算并行完成以确保动态运动，相应地也得到了连续计算所得的24个电机的设置点。这些设置点通过一个串行RS485网络传递至每只电机，并由分散PD控制器转换为实际执行动作。通过同样的网络，完成所有24只执行装置的位置、反馈和温度读数的采集。

　　图形化的实时系统设计平台

　　机器人蜘蛛应用软件是利用面向Blackfin处理器的LabVIEW嵌入式模块编程实现的。LabVIEW为高层次编程、图形化调试、图形化多任务处理和确定性的实时行为，提供了一个理想的嵌入式软件平台。面向对象的设计模式有助于进一步控制图形化层次上的复杂度。例如电机或传感器等主要对象，通过LabVIEW中表示类的功能性全局变量加以抽象。主要的应用框架由以下多个任务组成。

　　● 顶层主循环对由一个经典状态机表示的动作进行规划，而状态机通过软件队列和同步方法(如信号量)与其他循环连接。通信任务保持一个与外部世界的无线数据连接。

　　● 视觉任务负责低层次的图像处理和距离读数。

　　● 运动控制任务管理高层次的运动模式与低层次的肢体控制，并监测马达的位置与状态。

　　● 日常任务充当一个通用错误处理器。检测事件与异常，并将其及时间记录到可移动的存储介质，以供后续读取。

　　通过采用LabVIEW嵌入式模块所提供的图形化编程环境，以及Blackfin处理器的高处理器性能，开发周期也大为缩短。基于LabVIEW的图形化快速调试模式在算法的工程实现过程中非常有用，缩短了5倍的开发时间。

关键词： NI LabVIEW 机器人 图形化系统 移动机器人 无人驾驶车 200910