机器人4-1-1：在一个月之内实现原型开发的四个平台 - 机器

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从工业自动化机器直至模仿人类行为的类人机器人，都要求使用当今最高级的控制系统和复杂机械结构。机器人通常部署在动态环境中，这使得开发更具挑战。即便是最先进的软件仿真也无法仿真现实环境中的所有变量。要了解机器人在投入实际应用前如何响应不同的状况，功能原型是十分重要的。

将NI LabVIEW图形化系统软件与商用硬件整合在一起，您可以在一个月内开发软件，并完成功能齐全的原型系统。您需要根据一系列因素进行开发平台的选择，其中包括价格、灵活性、I/O数量、处理器速度、坚固性和板载传感器。一些用于原型开发的通用平台使用了LEGO MINDSTORMS NXT、嵌入式NI CompactRIO和NI Single-Board RIO系统。表1提供了可用平台的比较。

表1：针对不同应用和价位的机器人都有相应的原型开发平台

机器人平台<strong>iRobot Create Plus指令模块</strong><strong>LEGO MINDSTORMS NXT基本套件</strong><strong>NI Single-Board RIO评估套件</strong><strong>MobileRobots Inc Pioneer 3-DX</strong><strong>最低配置价格</strong>$229.99 USD$279.95 USD$999.00 USD超过$1,000 USD<strong>处理器速度</strong>18 MHz48 MHz400 MHz50 MHz<strong>RS232</strong> <strong>界面</strong>1个端口无1个端口3个端口<strong>自定义I/O</strong>25个DIO、AI以及AO4个输入端口和3个输出端口110个DIO、32个AI以及4个AO8位外部I/O总线，带有高达16个设备和PC104<strong>非易失存储器</strong>144 KB256 KB256 Mb1 Mb<strong>适用场合</strong>室内、平地板、承重2.27 kg室内、平地板、承重3 kg可选的电机和轮子室内、超过2.5 cm门槛、兼容轮椅斜坡、承重14-23kg<strong>自带传感器</strong>是是否是

<strong>使用LEGO MINDSTORMS NXT进行原型开发</strong>

LEGO MINDSTORM NXT包含智能的、用于计算机控制的LEGO模块，是预算较少的情况下进行原型开发的理想选择。它包含32位ARM微控制器，可以用于和多种传感器及电机一起使用。通过使用用于LEGO MINDSTORMS NXT的LabVIEW工具包，您可以创建程序并直接下载到NXT模块上。NXT模块使用10位模拟数字转换器（ADC）作为输入，可以作为数据采集单元，控制多达三个电机和转数器。

新加坡义安理工学院的工程学院开发了视觉引导的自动化机器人，用于捡网球。通过使用相机采集图像和NI机器视觉软件完成目标跟踪，机器以高精度和高速度完成了这个任务。在实际应用中，您需要更大的捡球系统完成整个网球场的任务，但是新加坡义安理工学院通过在NXT原型上测试其理论算法，从而降低了成本。


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2010-2-23 14:02:26 上传
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图1：新加坡义安理工学院工程学院使用LabVIEW开发了视觉引导的自动化机器人用于捡网球。
使用iRobot Create进行原型开发

如果您正在寻找使用开发时间更短、价格更低的方案，iRobot Create整个系统价格低于300美元。iRobot Create是可靠的多功能机器人平台，可以用于机器人兴趣开发和研究应用。它具有32个内置传感器、两个驱动轮子、一个小脚轮、10种预编程行为、一个用于自定义传感器和执行机构的可扩展I/O、一个带有装配点的货箱和后挡板。


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图2：Boston Engineering使用LabVIEW构建跳舞、唱歌的iRobot。

Boston Engineering最近将iRobot Create的使用推向了新的阶段，通过添加能够使用LabVIEW进行编程的FlexStack模块，他们编制了让机器人唱歌和跳舞的程序。机器人根据 RFID标签完成不同形式的舞蹈。因为图形化编程的生产力出众，Boston Engineering在短时期内开发完成了应用程序，实际上他们在为FlexStack开发塑料外壳所花的时间比对机器人编程的时间还长。因为他们使用了LabVIEW，让iRobot Create唱歌跳舞只花了不到一天的时间。

<strong>使用NI Single-Board RIO和NI CompactRIO进行原型开发</strong>

有许多预先装配的商用机器人平台可以让您在几周之内完成原型开发。但是，如果机器人原型开发需要一个更灵活的平台，带有确定性的实时执行、可自定义的I/O定时和高级控制（例如美国弗吉尼亚理工大学Odin和Vecna BEAR），请考虑CompactRIO和NI Single-Board RIO嵌入式平台。这些平台是为高性能和高可靠性设计的。CompactRIO是共享相同体系结构和组件的坚固平台。使用CompactRIO或NI Single-Board RIO作为机器人的平台，您能够定制架构、移动性、感知和I/O。

使用LabVIEW图形化编程工具和RIO嵌入式平台，您可以快速地开发功能完整的自动化机器人。KC BioMediX Inc是一家刚刚起步的医疗器械公司，位于堪萨斯州的肖尼市，他们开发了称为NTrainer System的产品，帮助早产婴儿进行口腔进食，提高存活机率。使用LabVIEW和CompactRIO，KC BioMediX, Inc.能够将其开发成本缩减250000美元。此外，他们能够将开发时间从四个月减少到四周，不必自己开发控制软件和驱动。


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图3：使用LabVIEW和CompactRIO，KC BioMediX, Inc.能够将其开发成本缩减250000美元。

<strong>使用Mobile Robots Inc.进行原型开发</strong>


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图4：由CCS Robotics使用MobileRobots PatrolBot作为平台开发的机器人SpeciMinder正在被CCS Robotics应用于医院中。

如果您需要带有灵活性的商业解决方案，MobileRobotics Inc.提供了基于可以用于所有目的和几乎所有价格下的平台。如果您正在寻找能够与人类交互的、讲究“机器人礼仪”的机器人，PeopleBot和 GuiaBot知道如何进行社交。如果您需要满足所有地形的平台，P3AT可以用于室外或恶劣地形下的项目。P3DX是最流行的课堂机器人，PowerBot用于重负荷工作，就像工业机械臂一样。

MobileRobots Inc. PatrolBot已经用于实际使用，如将样本送到医院的多个实验室中。将样本置于CCS Robotics开发的SpeciMinder顶部，PatrolBot可以在无需人工干预的情况下从一个地方移动到另一个地方。它会通知它的到达，等待装载完成，然后移动到下一个地方。如果有东西挡住它的去路，机器人会想办法绕过它，或是使用不同的通道。一些在一年前安装的SpeciMinder已经累计移动了超过10000 km。

功能原型验证能够减少开发时间和成本。从低成本解决方案需要最少的I/O（例如基于LEGO MINDSTORMS NXT捡网球的机器人）直至高通道数确定性的解决方案（例如基于CompactRIO的NTrainer Sytem），针对不同应用都有对应的机器人平台。使用LabVIEW对机器人进行编程，您可以方便地在一个月内完成机器人的原型开发。

访问ni.com/robotics查看视频、案例研究、产品信息和其他关于机器人的内容。

作者：Meghan Meckstroth

Meghan Meckstroth是专注于机器人技术的NI应用工程师。她获得了美国田纳西大学机械工程的学士学位。

来源：NI公司