應(yīng)對機器人設(shè)計開發(fā)中的三大挑戰(zhàn)

　　2. 軟件必須具備與硬件的良好集成性

　　每個自主系統(tǒng)都必須感知或察覺周圍世界的環(huán)境并做出反應(yīng)。感知系統(tǒng)需要外部傳感器(如激光測距儀、聲納傳感器等)，做出反應(yīng)則要依靠不同類型的執(zhí)行機構(gòu)完成。因此軟件工具必須能夠直接驅(qū)動各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu)。除了感知系統(tǒng)和執(zhí)行控制，往往還需要在真實硬件上實現(xiàn)決策規(guī)劃，這意味著軟件必須具有與實時系統(tǒng)、實時嵌入式硬件、甚至FPGA的強大交互性。目前的許多機器人軟件開發(fā)包缺乏類似功能，它們能夠仿真并在開發(fā)機器上運行，但不具備在實時硬件目標上的執(zhí)行能力。

　　圖5 基于NI嵌入式硬件平臺CompactRIO搭建成的機器人原型，從仿真到最終系統(tǒng)實現(xiàn)的軟件平臺均為NI LabVIEW

　　3. 軟件必須具備良好的交互性

　　完成機器人設(shè)計并不簡單，它需要反復(fù)修改和原型設(shè)計。因此機器人領(lǐng)域的研發(fā)人員需要一款可以輕松調(diào)試的軟件包，既可進行直觀的仿真，又能在實時硬件系統(tǒng)上快速實現(xiàn)，從而測試算法和真實I/O。每次硬件實驗之后都可能再回到開發(fā)環(huán)境，對代碼進行進一步優(yōu)化或調(diào)整。這些都要求軟件開發(fā)工具具有極佳的交互性。

　　針對上述三點需求，NI LabVIEW軟件是一款理想的機器人開發(fā)軟件。LabVIEW圖形化編程方式使其天然具備直觀性。最新的LabVIEW機器人模塊還集成了常用的搜索、蔽障、路徑規(guī)劃、以及動力學算法，可以最大程度地幫助機器人開發(fā)人員快速實現(xiàn)應(yīng)用。此外，與硬件的無縫集成也是LabVIEW的一大特點。通過LabVIEW軟件本身就可以連接各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu)。完成算法仿真的LabVIEW代碼可以直接下載到NI嵌入式實時硬件平臺CompactRIO或SingleBoard RIO執(zhí)行，從而實現(xiàn)真正的與硬件無縫集成。LabVIEW機器人模塊中還提供了多種機器人常用傳感器在實時硬件平臺下的現(xiàn)成驅(qū)動程序，從而使機器人的開發(fā)更為簡單。最后，LabVIEW提供交互式的調(diào)試環(huán)境和豐富的界面設(shè)計工具，各種算法都可在實時嵌入式硬件上直接實現(xiàn)，并可方便地反復(fù)修改驗證，滿足了機器人研究人員的調(diào)試需要。SCOPE項目主管Barrett博士稱LabVIEW正是工業(yè)界所需的軟件：“我花了15年時間力圖探尋最佳機器人編程語言，NI LabVIEW無愧殊榮。它能夠處理各類傳感器、多種執(zhí)行機構(gòu)、復(fù)雜動態(tài)控制算法，并能在實時環(huán)境下輕松進行驗證調(diào)試，完成系統(tǒng)實現(xiàn)。”

　　除了上述優(yōu)點，NI LabVIEW還具有高度的靈活性和開放性。例如，LabVIEW機器人模塊已經(jīng)提供一些成熟的路徑搜索算法，用戶可重用這些算法，同時用戶也可以基于這些基本的搜索算法添加他們的創(chuàng)新或最新研究成果，從而創(chuàng)建新型的搜索算法。用戶也可以將這些算法與LabVIEW中提供的其他算法或第三方技術(shù)集成從而開發(fā)更多的創(chuàng)新應(yīng)用，如機器人救援或醫(yī)療輔助應(yīng)用。LabVIEW是一個開放的軟件，它支持許多廠商的硬件平臺或自定義設(shè)備，并且支持調(diào)用多種第三方開發(fā)工具產(chǎn)生的代碼或模型，使其應(yīng)用范圍拓展到機器人應(yīng)用的各個領(lǐng)域。