LabVIEW控制双足人形机器人虚拟仪器

LabVIEW控制双足人形机器人虚拟仪器

 北京瀚文网星科技有限公司

双足人形机器人的出现已经超过30年。如果要使双足人形机器人平稳地步行，就需要有效的步态平衡和强大的姿态校正算法。但是，尽管投入了大量科研精力，开发和实现智能运动算法来控制双足机器人仍然是一个非常具有挑战性的任务，特别是在适应性、灵活性和平稳性方面。

由于实现双足机器人的平稳步行难度较大，加上约束的动态特性，特别是其步态轨迹，控制双足人形机器人的难度非常大。该项目的目标是：

·         开发一个用户友好的图形界面来实现控制算法，以生成稳定的静态和动态步行姿势

·         设计和建造一个与十几岁少年差不多大的双足人形机器人，用于教育学习和学术研究

ROS和控制软件

我们zui初的方法是使用机器人操作系统(ROS)，ROS是一种以C+ +为基础的开源编程语言。经过几个星期的测试和评估后，我们意识到，如果没有扎实的编程基础，学习ROS对于学生来说非常困难，而且代码调试也非常有挑战性。我们的目标之一是开发一个用户友好的编程平台来帮助学生快速学习。此外，尽管ROS可集成实时代码，但它并不是一个实时操作系统。

我们的团队决定使用LabVIEW来开发控制软件，因为LabVIEW非常简单易用，使学生可以轻松地可视化和调试代码。借助NI硬件、LabVIEW Real-Time模块、第三方附加工具以及NI的学习资源和培训材料，我们的团队在一个学期内成功开发了一个易用的图形界面和硬件平台，成功演示了双足机器人的步行运动，从而实现了我们的目标。

系统架构

图1显示的是整体架构。我们使用PXI-8101作为主控制器，并使用NI LabVIEW来控制硬件接口。LabVIEW因特网工具包用于编程无线局域网，USB-6210用于采集力和力矩传感器数据。用于SolidWorks的NI SoftMotion可帮助我们评估并设计运动仿真，以研究机器人的运动。NI SoftMotion模块使我们能够在SolidWorks总成中构建和配置机器人关节，我们使用SoftMotion功能模块来创建运动轨迹。 LabVIEW MathScript RT模块用于执行使用The MathWorks公司MATLAB®编写的代码，生成步态轨迹，从而简化了跨平台安装软件的困难。

 硬件架构

硬件结构示于图2。主控制器是一个PXI-8101，电机驱动器，通过控制器区域网络（CAN）总线使用USB-8473通信。力和扭矩等感官数据被连接到两个USB-6210设备，提供反馈到控制器单元。

软件架构

图3所示的是机器人的硬件架构。子模块通过CAN总线协议进行通信。NI视觉采集软件和LabVIEW视觉开发模块用于开发USBcam视觉系统模块。NI因特网工具包帮助我们实现了基站和双足机器人之间的数据传输，从而有效地减少了开发时间。

使用LabVIEW作为整体设计解决方案

LabVIEW为我们的项目提供了一个总体设计方案，使我们能够使用SolidWorks进行运动仿真以及执行MATLAB代码。我们在一个学期内成功地开发和实现了双足机器人的软件和硬件架构；实验结果表明整个系统的运行非常良好。借助NI现成产品和第三方支持库，我们大幅缩短了开发时间。利用LabVIEW图形化编程方法，学生们能够轻松地开发和调试程序，并快速识别问题。我们的机器人在SRG2014年新加坡机器人大赛上展示出来。

北京瀚文网星科技有限公司，是一家以LabVIEW（虚拟仪器）为主要技术手段的开发公司，为您提供全套的系统集成服务，包括结构设计、软件开发、软件与硬件的产品升级与改造。其服务领域包括：汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各领域。涵盖了从研发、测试、生产到服务的产品开发所有阶段。

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