嵌入式图形系统设计 助力救生机器人蜘蛛new

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1、嵌入式图形系统设计助力救生机器人蜘蛛"现已成功完成功能强大且性能优异的机器人的构建，而且，通过采用用于Blackfin处理器的LabVIEW嵌入式模块所提供的图形化编程环境，以及Blackfin处理器的高处理器性能，开发周期也大为缩短。"-PomYuanLam,NanyangPolytechnic,SingaporeTheChallenge:设计高机动性与高自由度的机器人,以於严苛环境中执行重要的救生任务。TheSolution:将图形化系统设计,整合高处理效能与极低的能源耗用模式,建立6脚式的多功能

2、机器机器人蜘蛛利用其众多的运动模式之一——“爬行”挤压通过狭小的空间。Author(s):PomYuanLam-NanyangPolytechnic,SingaporeMarcoSchmid-SchmidEngineeringAndersFrederiksen-AnalogDevices恶劣环境中营救任务的设计任何救生设备的主要目的在于，在灾难之后的营救任务中快速阻止尽可能多的严重伤亡事故。谨记这一目标，我们开始开发了一个用于支持营救工作的六足机器人蜘蛛。它是一个尺寸较小、可移动的智能机器人，在搜寻被

3、陷的受害者时，它可以越过障碍并到达通常难以触及的地方。替代如清扫雷区使之无雷化等危险任务中的工作人员也是机器人蜘蛛的另一个潜在应用领域。我们设计了一个高度可移动的行走方案，它由六只独立的下肢组成，可以任意方向移动机器人，即使在机器人移动通常不可行或过于危险的地带。行走与旋转均属于模仿六足昆虫而得的基本的高层次运动模式。通过三条下肢移动而另外三条下肢抬高，机器人可以达到期望的行走速度，并提供恶劣地带所需的足够平衡。爬行时，机器人可以挤压通过紧凑的空间和狭缝。单下肢的低层次运动步态是3D空间内的几何原语，

4、如长方形或圆形轨道。多功能机电系统下肢结构与运动控制构成了机器人蜘蛛关键特性的一部分。24只智能DC有刷电机共同驱动这些下肢，并充当行走结构中不可或缺的关节。这样得到了一个坚固的轻型结构，从而降低了功耗并改善了运动动态特性。除了这些下肢，机器人蜘蛛的特性还在于典型的自治机器人子系统，其中包括机器视觉、远程测量和无线通信。机器人坚固的壳体内包含有嵌入式硬件、两节7.2伏的锂聚合物电池和电量测量装置。任务参数、I/O设置和新的运动步态均可以通过无线通信或可移动存储介质传递。24个自由度的智能运动控制机器人

5、蜘蛛的低层次运动有赖于运行时计算的复杂数学模型。凭借模拟器件公司的Blackfin处理器的高级嵌入式计算能力和施密德工程公司的确定性实时服务，机器人的运动表现得有力而平稳。来自面向ADI公司的Blackfin处理器的NILabVIEW嵌入式模块的高层次虚拟仪器（VI），连续运行一个逆动力学算法。算法包含三角函数和矩阵运算，求解恰当的关节角Θ1与Θ2，以沿着3D空间内的期望轨线精确移动末端执行装置。轨线向量根据高层次的运动模式，沿着计算所得的直线、长方形或圆形轨道移动。轨道可以通过以下三种方式编程实现：

6、通过学习和回放，设计和培训新的或特别的模式。支持可视化检验仿真轨道的3DCAD软件。这些模型作为虚拟现实文件导出，并导入至LabVIEW的图像控件。通过比较虚拟模型与实际模型，调节机器人的运动。运行时利用逆动力学算法持续计算轨道。所有六足的关节角度的计算并行完成以确保动态运动，相应地也得到了所有马达的24个连续计算所得的设置点。这些设置点通过一个串行RS485网络传递至每只马达，并由分散PD控制器转换为实际执行动作。通过同样的网络，完成所有24只执行装置的位置、反馈和温度读数的采集。智能视觉与距离感测

7、除了智能运动与自由移动外，机器人蜘蛛的特色在于它的“眼睛”装有一个智能摄像头和一个距离测量传感器。目标通过高性能图像处理算法被定位与跟踪。通过编程控制，它的“眼睛”还可以识别其附近范围内的任何颜色。后续版本将提供改进的图像处理、模式匹配和边缘检测等功能，从而将Blackfin处理器的计算能力和高速图像采集提升到更高层次。利用蓝牙技术实现无线通信为实现与机器人的通信，我们提供了一个蓝牙通信接口以实现多项功能，其中包括：在开发与测试中调试用于ZMobile的快速调试模式的通道读入关键参数，如马达状态和电池

8、电量水平，以供系统诊断在线采集重要的算法参数，以供调节使用在操作开始前下载新的任务数据1/7在开发过程中，两个机器人蜘蛛通过无线通信信道相连，以实现其移动的同步。这是更为危急场景的原型构造，这时接受同一项任务的多个机器人蜘蛛需要团队协作以完成任务。低功耗的嵌入式ZMobile硬件超低功耗混合信号目标平台ZMobile是机器人蜘蛛的核心所在。由瑞士的解决方案提供商施密德工程公司提供的ZMobile，将传感器、激励源、视觉、电池和无线通信集成于单个平台。南洋