應(yīng)對機器人設(shè)計開發(fā)中的三大挑戰(zhàn)

　　挑戰(zhàn)二. 更小、更輕、更強大的執(zhí)行機構(gòu)

　　出于機器人體積和自重的考慮，一般希望執(zhí)行機構(gòu)也更輕更小;但同時由于不同的運動要求，又希望執(zhí)行機構(gòu)具有強大的功能。隨著移動性需求從傳統(tǒng)的四輪系統(tǒng)向新型仿生機械的不斷演進，對精密執(zhí)行機構(gòu)的需求也隨之大幅提升。世界上眾多的專業(yè)廠商一直從事這方面的研發(fā)，不斷推出高性能的產(chǎn)品。

　　對于機器人應(yīng)用領(lǐng)域來說，創(chuàng)造更小、更輕、更強大的執(zhí)行機構(gòu)的最終目標是將它們用于機器人設(shè)計中，而且執(zhí)行機構(gòu)的強大功能往往需要通過復(fù)雜的編程才能發(fā)揮出來。因此，隨著執(zhí)行機構(gòu)變得越來越精密復(fù)雜，如何通過編程完成高精度和高復(fù)雜度的控制，也成為機器人系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵問題之一。許多機器人領(lǐng)域的開發(fā)人員并不具有運動控制方面的專業(yè)背景，在這種情況下，執(zhí)行機構(gòu)的交互式控制開發(fā)更顯得尤為重要。NI依靠超過25年與執(zhí)行機構(gòu)連接的經(jīng)驗，通過提供基于各種平臺的硬件接口模塊和交互式的軟件工具不斷降低控制開發(fā)的復(fù)雜性，同時提高交互性和靈活性。NI還與行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先制造商(如Maxon Moter)合作，使其產(chǎn)品的編程開發(fā)更加簡便。

　　此外，在構(gòu)建復(fù)雜運動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)時，電機之間的協(xié)調(diào)工作也十分重要，比如在四輪驅(qū)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)向或機械臂動作中，就需要多個電機配合協(xié)調(diào)工作。運用NI LabVIEW機器人模塊中所提供的Steering函數(shù)組和Kinematics函數(shù)組，就可以直接計算出在這些應(yīng)用中每個電機分別需要的轉(zhuǎn)動速度，從而幫助機器人設(shè)計人員縮短了從高性能電機到創(chuàng)新機器人應(yīng)用之間的距離。

　　圖2 NI嵌入式硬件平臺CompactRIO提供方便的電機接口，并可通過LabVIEW軟件交互式地完成軟件開發(fā)

　　圖3 基于LabVIEW FPGA實現(xiàn)的FOC算法可以進一步提高現(xiàn)有電機控制系統(tǒng)的性能和效率

　　挑戰(zhàn)三. 對工業(yè)級軟件開發(fā)平臺的需求

　　除了硬件之外，機器人領(lǐng)域的研發(fā)人員還需要功能強大的軟件來設(shè)計他們的自主系統(tǒng)。人們往往容易忽視這一點，許多人認為“任何事情立即從頭設(shè)計都是相對簡單的”,但這對于當今機器人飛速發(fā)展的時代是不適用的。事實上，隨著一些技術(shù)領(lǐng)域的趨同并形成某種事實上的標準，創(chuàng)新已經(jīng)不再意味著只是從零開始，更多的創(chuàng)新應(yīng)用都是將模塊化的算法和功能組織在一起而完成的。機器人領(lǐng)域亦不例外，需要標準、工業(yè)級的軟件提供現(xiàn)成可用的算法和工具，從而幫助研發(fā)人員更快地完成創(chuàng)新。

　　1. 該軟件必須是直觀式的

　　許多機器人研發(fā)人員都具有機械工程或電子工程背景，但沒有時間和精力去學(xué)習(xí)復(fù)雜的計算機軟件技術(shù)，所以需要一款集成常用函數(shù)和算法的軟件開發(fā)工具，該工具還必須具有良好的交互性和易用性。此外，自主系統(tǒng)的終端用戶往往是營救人員(如消防員)、士兵或老年人等，他們也不一定具備計算機知識，因此用戶界面也必須足夠直觀。

　　圖4 機器人設(shè)計軟件應(yīng)該是非常直觀的。LabVIEW圖形化編程通過直觀的框圖和連線完成了LIDAR數(shù)據(jù)采集、障礙物回避決策、剎車制動等三個步驟，清晰易讀(有文字的淡黃色部分為程序注釋)