机器人革命：LabVIEW满足新兴市场的需求

      机器人已经成为日常生活的一部分。

　　机器人可以打扫客厅地板、装备复杂的车辆，自主完成军事侦查任务。它们能够完成对人类而言单调、肮脏或是危险的任务，为政府、国防、医疗、农业、矿业、空间和许多其他行业服务。

　　尽管有着这样的功绩，行业专家认为创新加速只是刚刚开始，在下一个十年中，机器人行业将会成为最快成长的行业之一。在Bill Gates的《科学美国人》一文《普及到家庭的机器人》中，他说机器人行业正在像30年前计算机行业发展的方式发展。使用例如多核处理和现场可编程门阵列（FPGA）等强大技术，机器人构建者能够利用更小、更快、更便宜的计算机处理。它们还可以从更多的商业销售（COTS）传感器中进行选择，从低成本的红外微机电系统（MEMS）传感器到高度复杂的激光范围搜索器（LIDAR），能够生成周边环境的复杂三维模型。

　　那么为什么机器人行业还没有快速发展呢？“硬件能力几乎已经满足要求；现在的问题是软件还无法满足需求。”Gates在他的文章中说道。

图1：构建机器人需要多学科知识。找到能够满足所有这些学科的软件平台是关键。

      机器人行业需要一个软件开发的平台，就像工业领域中微软的Basic一样。Dave Barrett博士、美国欧林工程学院教授、iRobot Corporation工程部前副总裁是这样解释的：

      “在构建一个全新的机器人时，通常需要从零开始。如果没有软件标准，就很难有可能实现代码重用或代码共享。除此以外，要构建复杂的移动机器人，需要至少具备机械工程、电子工程、计算机科学和控制理论的必备知识。”

      许多机器人科学家所发现的巨大挑战是得到满足所有这些学科需求的模块化、可重用软件开发平台。

      Barrett说机器人专家已经发出帮助请求。“我们需要可靠、特性齐全、行业等级的软件开发系统，构建能够感知、思考和在周边世界中行动的自治移动机器人。我花费了15年时间寻求最佳的机器人编程语言，LabVIEW已经能够做到这些。”

机器人科学家能够用LabVIEW完成更多

      许多如同Barrett的机器人设计者已经在LabVIEW找到了他们需要的答案；其内建的基本功能使之成为机器人的理想编程平台。

　　举例而言，在使用机器人解决方案用于空间探索行业中，Alliance Spacesystems必须首先快速完成原型设计和概念测试，向他们的客户（例如NASA）展示其可行性。Alliance Spacesystems已经找到了通过NI图形化系统设计平台所得到的策略性上的优势，并且十多年来使用LabVIEW进行快速机器人开发。“通常需要几年完成原型开发的项目在LabVIEW中只需要几个月。”机械技师顾问Sean Dougherty说道，“NI提供了直观、简单易用的强大图形化系统设计工具组合和完成我们需要使用复杂嵌入式系统任务的灵活性。”

　　Thomas Bewley博士、美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校坐标机器人实验室教授使用LabVIEW创建了全新的机器人设计，例如Switchblade，它是一个小型可移动机器人，通过操纵位于一端的重物，在一点保持平衡进行倒立。Switchblade能够完成独特的行为，例如在搜索和营救任务中攀爬楼梯。它是使用LabVIEW控制设计和仿真模块在一个月内完成设计和验证的。在创建物理原型系统时，LabVIEW和嵌入式处理目标（例如NI单板RIO）之间的无缝结合让Bewley能够在几分钟内，将闭环反馈控制代码移植到嵌入式硬件上。板载的400 MHz PowerPC处理器和2 M个门的FPGA使之具备了强大的处理能力，进行图像处理和其他搜索和营救任务所需的任务。

　　TORC Technologies的工程师已经使用LabVIEW开始创建世界上最快的无人驾驶车辆，其时速将达到102英里。TORC Technologies首席执行官Michael Fleming说：“我们发现许多领先的机器人组织花费了过多资源重新去发明传感器通信、电机驱动和供电细节，而不是关注更高级别的感知、计划和控制问题。”包含数百个传感器、执行器和仪器驱动程序的NI网络避免了TORC Technologies创建自己的用于福特多驱动车辆的电线驱动自主解决方案。此外，由于LabVIEW是开放式的设计平台，能够在实时目标上运行.m文件，使用开发式的C接口将ANSI C代码移植到FPGA上，TORC Technologies创建了与众不同的分布式处理解决方案，它使用NI CompactRIO系统管理传感器融合和电线驱动控制以及两个运行Linux和Windows操作系统的四核服务器完成感知、计划和运动算法。

图2：Switchblade是基于NI单板RIO的移动机器人，它能够轻松地攀爬楼梯和在一点上保持平衡。

　　在机器人科学家找到了他们的软件编程解决方案之后，就会迎来机器人行业的快速发展。Barrett、Dougherty、Bewley以及Fleming是机械工程师、电气工程师、控制专家和计算机科学家的例子，他们已经成为全面的机器人科学家，能够使用LabVIEW快速进行原型开发，构建复杂的机器人设计。