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1、針對新步態(tài)研究而開發(fā)的完全自主型仿人機器人 Author(s):KarlMuecke-VirginiaTechUniversityIndustry:Education,Research,MechatronicsProducts:LabVIEW,MachineVision,Real-TimeModuleTheChallenge:開發(fā)作為新步態(tài)研究平臺的機器人系統(tǒng),設(shè)計美國第一個參加RoboCup(自主型機器人足球比賽)的仿人機器人。TheSolution:該方案采用NILabVIEW與第三方硬件交互,加速新步態(tài)研究的開發(fā)與測試;同時采用LabVIEW
2、實時模塊和NI視覺軟件創(chuàng)建人工智能,從而使機器人可以執(zhí)行高級功能,如踢足Author(s):Karl Muecke - Virginia Tech UniversityIndustry:Education, Research, MechatronicsProducts:LabVIEW, Machine Vision, Real-Time ModuleThe Challenge:開發(fā)作為新步態(tài)研究平臺的機器人系統(tǒng),設(shè)計美國第一個參加RoboCup(自主型機器人足球比賽)的仿人機器人。The Solution:該方案采用NI LabVIEW與第三方硬件交互,加速新步態(tài)研究的開發(fā)與測試;同時采用La
3、bVIEW實時模塊和NI視覺軟件創(chuàng)建人工智能,從而使機器人可以執(zhí)行高級功能,如踢足球。"利用LabVIEW的游戲手柄VI可輕松實現(xiàn)這一設(shè)想。我們可輕松地調(diào)試步態(tài)和運動,無需同時調(diào)試機器人動作。"為研究雙足步態(tài),弗吉尼亞理工大學機器人和機械實驗室(RoMela)設(shè)計了最初的智能型動態(tài)擬人機器人(DARwIn)。在RoMela,我們在硬件上測試了步態(tài)研究的設(shè)想和理論。我們決定用RoboCup這一國際性機器人足球比賽作為展示這一款機器人優(yōu)越性和可行性的舞臺,同時展示DARwIn的魯棒性。當前機器人編程和控制技術(shù)通常采用C代碼,其學習曲線比較陡峭,并且硬件更新難度也相對較大。在Ro
4、MeLa,我們采用NI技術(shù)加速新機器人步態(tài)研發(fā),最終使完全自主型仿人機器人問世。該機器人不僅可踢足球,也可作為新步態(tài)的研究平臺。我們采用LabVIEW圖形化開發(fā)平臺不僅為了創(chuàng)建可擴展、適應(yīng)性強的軟件,同時也可開發(fā)執(zhí)行高級任務(wù)的機器人大腦,如踢足球比賽。LabVIEW作為可擴展硬件接口由于RoMeLa中的機器人平臺多種多樣,我們需要選擇一款通過簡單配置即可適應(yīng)不同硬件設(shè)置的系統(tǒng)。大多數(shù)小型機器人研究使用個人數(shù)字助理(PDA)自主控制機器人。在PC104+計算機上采用 LabVIEW 實時模塊后,幾乎無需任何開銷即可實現(xiàn)計算機架構(gòu)擴展。與PDA不同,該系統(tǒng)可兼容一系列不同傳感器IEEE 1384相
5、機、RS485通信、多個無線網(wǎng)絡(luò)和其他眾多設(shè)備。添加新相機或802.11端口、適配型驅(qū)動器,寫入C或C+代碼花費均需耗費大量時間,而LabVIEW VI使得所有問題迎刃而解。目前,我們采用LabVIEW通過RS485控制機器人動作,并從同一串行網(wǎng)絡(luò)的伺服電機內(nèi)置電位計上讀取關(guān)節(jié)位置。在機器人行走或移動的同時,帶加速度和方向信息速率的陀螺儀通過RS232串口與LabVIEW通信,此時程序即可實時修改行走步態(tài)進而高效地控制機器人平衡。最初的機器人研發(fā)平臺,僅需伺服電機和速率陀螺儀接口。然而,參加2007年7月RoboCup的競賽機器人所需的硬件和編程無疑更為復(fù)雜。除須機器人行走和維持平衡外,軟件還
6、須提供視覺、大腦和通訊功能。由于在RoboCup比賽中,機器人必須完全自主和無線控制,因而只能采用網(wǎng)絡(luò)主機控制機器人的起/停信號。LabVIEW實時運行所有機器人軟件,成本和CPU時間都得以降低。驗證步態(tài)研究生成機器人步態(tài)數(shù)學公式時,很難可視化看到結(jié)果。采用LabVIEW不僅可調(diào)用其它計算軟件包生成的步態(tài)(如Wolfram Mathematica或Microsoft Excel),而且可通過建立機器人的可視化運動圖形幫助研究步態(tài)。利用LabVIEW的3D圖形控制,我們可以仿真機器人執(zhí)行所生成步態(tài)時的行為。由于無需利用物理硬件設(shè)置和測試步態(tài),節(jié)省了大量的研發(fā)時間。在物理硬件上進行機器人步態(tài)測試時,我們可以通過用戶控制的游戲手柄模仿機器人的人工智能。用戶作為機器人的眼睛和大腦,而手柄作為控制機器人動作的接口,通過發(fā)送命令控制機器人行走、踢、撲救等動作。利用LabVIEW游戲手柄VI,這種設(shè)想可輕松實現(xiàn)。我們可輕松地調(diào)試步態(tài)和運動,無需同步調(diào)試機器人動作。創(chuàng)建人工智能在未進行任何預(yù)先視覺處理的情況下,短短兩小時內(nèi),一位研究生即可配置兩臺IEEE 1394相機并寫一段VI程序(用于RoboCup所用桔黃色足球的相對位置識別和物理定位)。完
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