基于LabVIEW構(gòu)建智能的移動(dòng)機(jī)器人及無(wú)人駕駛車(chē)

　　實(shí)例分析2：弗吉尼亞理工大學(xué)使用NI LabVIEW設(shè)計(jì)全自主地面車(chē)參加DARPA 城市挑戰(zhàn)賽

　　DARPA城市挑戰(zhàn)賽需要設(shè)計(jì)一輛全自主地面車(chē)能夠在城市環(huán)境中自動(dòng)導(dǎo)航行駛。在整個(gè)賽程中，全自主車(chē)需要在6小時(shí)內(nèi)穿越60英里，途經(jīng)道路、路口和停車(chē)場(chǎng)等各種交通狀態(tài)。

　　來(lái)自弗吉尼亞理工大學(xué)的團(tuán)隊(duì)需要在12個(gè)月開(kāi)發(fā)出全自主地面車(chē)，他們將開(kāi)發(fā)任務(wù)分成4個(gè)主要部分：基礎(chǔ)平臺(tái)、感知系統(tǒng)、決策規(guī)劃和通訊架構(gòu)，如圖4所示。每一部分都基于NI的軟硬件平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)：通過(guò)NI硬件與現(xiàn)有車(chē)載系統(tǒng)進(jìn)行交互，并提供操作接口;使用LabVIEW圖形化編程環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)軟件，包括通訊架構(gòu)、傳感器處理和目標(biāo)識(shí)別算法、激光測(cè)距儀和基于視覺(jué)的道路檢測(cè)、駕駛行為控制、以及底層的車(chē)輛接口。

　　參賽車(chē)Odin是2005年福特翼虎(Escape)混合動(dòng)力型越野車(chē)，并為自主駕駛做了一定程度的改裝。NI CompactRIO系統(tǒng)與翼虎操控系統(tǒng)進(jìn)行交互，通過(guò)線控驅(qū)動(dòng)的方式控制油門(mén)、方向盤(pán)、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)。利用LabVIEW控制設(shè)計(jì)與仿真模塊開(kāi)發(fā)了路徑曲率和速度控制系統(tǒng)，并通過(guò)LabVIEW實(shí)時(shí)模塊和FPGA模塊部署到CompactRIO硬件平臺(tái)加以實(shí)現(xiàn)，從而建立了一個(gè)獨(dú)立的車(chē)輛控制平臺(tái)。與此同時(shí)使用LabVIEW觸摸屏模塊和NI TPC - 2006觸摸屏構(gòu)建用戶界面并安裝在控制臺(tái)。

　　通過(guò)LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境，團(tuán)隊(duì)快速可以構(gòu)建系統(tǒng)原型并加快設(shè)計(jì)的往復(fù)周期。LabVIEW與硬件的無(wú)縫連接，對(duì)于執(zhí)行某些關(guān)鍵操作如傳感器處理和車(chē)輛控制是至關(guān)重要的。由于城市挑戰(zhàn)賽問(wèn)題復(fù)雜且開(kāi)發(fā)時(shí)間很短，這些因素對(duì)于開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的成功發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

　　結(jié)語(yǔ)

　　圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于繼續(xù)加快機(jī)器人設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新而言是必不可少的。復(fù)雜的傳統(tǒng)工具可能會(huì)阻礙機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步。LabVIEW提供了一個(gè)綜合的、可擴(kuò)展的平臺(tái)，能夠橫跨設(shè)計(jì)、原型開(kāi)發(fā)和部署階段，因此工程師們能夠不用為微小的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)所困擾，可以更加關(guān)注機(jī)器人本身。他們可以使用同樣強(qiáng)大的平臺(tái)，對(duì)微控制器直至FPGA等各種控制器進(jìn)行編程;還可以同幾乎任何傳感器和執(zhí)行器發(fā)送與接收信號(hào);設(shè)計(jì)并仿真動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng);以及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視或控制機(jī)器人的接口。LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)通過(guò)為所有機(jī)器人設(shè)計(jì)者提供一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)更為精妙的機(jī)器人。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 嵌入式圖形系統(tǒng)設(shè)計(jì)助力救生機(jī)器人蜘蛛[R/OL]. http://sine.ni.com/cs/app/doc/p/id/cs-11745

　　[2]Victor Tango車(chē)隊(duì)“Odin”戰(zhàn)車(chē)殺手锏：應(yīng)用NI LabVIEW助威 DARPA無(wú)人駕駛汽車(chē)城市挑戰(zhàn)賽[R/OL]. http://sine.ni.com/cs/app/doc/p/id/cs-11323

　　[3] NI LabVIEW 虛擬儀器動(dòng)力之源[R/OL].http://www.ni.com/labview/zhs/

　　[4] Nof, Shimon Y. Handbook of Industrial Robotics (2nd Edition ed)[M]. John Wiley & Sons, 1999

　　[5] Menzel P, D'Aluisio F . Robo sapiens: evolution of a new species[M]. The MIT Press,2000