從工業自動化機器直至模仿人類行為的類人機器人，都要求使用當今最高級的控制系統和復雜機械結構。機器人通常部署在動態環境中，這使得開發更具挑戰。即便是最先進的軟件仿真也無法仿真現實環境中的所有變量。要了解機器人在投入實際應用前如何響應不同的狀況，功能原型是十分重要的。
將ni.com/labview/zhs">NI LabVIEW圖形化系統軟件與商用硬件整合在一起，您可以在一個月內開發軟件，并完成功能齊全的原型系統。您需要根據一系列因素進行開發平臺的選擇，其中包括價格、靈活性、I/O數量、處理器速度、堅固性和板載傳感器。一些用于原型開發的通用平臺使用了LEGO® MINDSTORMS® NXT、嵌入式NI CompactRIO和NI Single-Board RIO系統。表1提供了可用平臺的比較。
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機器人平臺 |
iRobot Create Plus指令模塊 |
LEGO MINDSTORMS NXT基本套件 |
NI Single-Board RIO評估套件 |
MobileRobots Inc Pioneer 3-DX |
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最低配置價格 |
$229.99 USD |
$279.95 USD |
$999.00 USD |
超過$1,000 USD |
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處理器速度 |
18 MHz |
48 MHz |
400 MHz |
50 MHz |
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RS232界面 |
1個端口 |
無 |
1個端口 |
3個端口 |
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自定義I/O |
25個DIO、AI以及AO |
4個輸入端口和3個輸出端口 |
110個DIO、32個AI以及4個AO |
8位外部I/O總線，帶有高達16個設備和PC104 |
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非易失存儲器 |
144 KB |
256 KB |
256 Mb |
1 Mb |
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適用場合 |
室內、平地板、承重2.27 kg |
室內、平地板、承重3 kg |
可選的電機和輪子 |
室內、超過2.5 cm門檻、兼容輪椅斜坡、承重14-23kg |
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自帶傳感器 |
是 |
是 |
否 |
是 |
表1：針對不同應用和價位的機器人都有相應的原型開發平臺。
使用LEGO MINDSTORMS NXT進行原型開發
LEGO MINDSTORM NXT包含智能的、用于計算機控制的LEGO模塊，是預算較少的情況下進行原型開發的理想選擇。它包含32位ARM微控制器，可以用于和多種傳感器及電機一起使用。通過使用用于LEGO MINDSTORMS NXT的LabVIEW工具包，您可以創建程序并直接下載到NXT模塊上。NXT模塊使用10位模擬數字轉換器（ADC）作為輸入，可以作為數據采集單元，控制多達三個電機和轉數器。
新加坡義安理工學院的工程學院開發了視覺引導的自動化機器人，用于撿網球。通過使用相機采集圖像和NI機器視覺軟件完成目標跟蹤，機器以高精度和高速度完成了這個任務。在實際應用中，您需要更大的撿球系統完成整個網球場的任務，但是新加坡義安理工學院通過在NXT原型上測試其理論算法，從而降低了成本。
圖1：新加坡義安理工學院工程學院使用LabVIEW開發了視覺引導的自動化機器人用于撿網球。
使用iRobot Create進行原型開發
如果您正在尋找使用開發時間更短、價格更低的方案，iRobot Create整個系統價格低于300美元。iRobot Create是可靠的多功能機器人平臺，可以用于機器人興趣開發和研究應用。它具有32個內置傳感器、兩個驅動輪子、一個小腳輪、10種預編程行為、一個用于自定義傳感器和執行機構的可擴展I/O、一個帶有裝配點的貨箱和后擋板。
圖2：Boston Engineering使用LabVIEW構建跳舞、唱歌的iRobot。
Boston Engineering最近將iRobot Create的使用推向了新的階段，通過添加能夠使用LabVIEW進行編程的FlexStack模塊，他們編制了讓機器人唱歌和跳舞的程序。機器人根據RFID標簽完成不同形式的舞蹈。因為圖形化編程的生產力出眾，Boston Engineering在短時期內開發完成了應用程序，實際上他們在為FlexStack開發塑料外殼所花的時間比對機器人編程的時間還長。因為他們使用了LabVIEW，讓iRobot Create唱歌跳舞只花了不到一天的時間。
使用NI Single-Board RIO和NI CompactRIO進行原型開發
有許多預先裝配的商用機器人平臺可以讓您在幾周之內完成原型開發。但是，如果機器人原型開發需要一個更靈活的平臺，帶有確定性的實時執行、可自定義的I/O定時和高級控制（例如美國弗吉尼亞理工大學Odin和Vecna BEAR），請考慮CompactRIO和NI Single-Board RIO嵌入式平臺。這些平臺是為高性能和高可靠性設計的。CompactRIO是共享相同體系結構和組件的堅固平臺。使用CompactRIO或NI Single-Board RIO作為機器人的平臺，您能夠定制架構、移動性、感知和I/O。
使用LabVIEW圖形化編程工具和RIO嵌入式平臺，您可以快速地開發功能完整的自動化機器人。KC BioMediX Inc是一家剛剛起步的醫療器械公司，位于堪薩斯州的肖尼市，他們開發了稱為NTrainer System的產品，幫助早產嬰兒進行口腔進食，提高存活機率。使用LabVIEW和CompactRIO，KC BioMediX, Inc.能夠將其開發成本縮減250000美元。此外，他們能夠將開發時間從四個月減少到四周，不必自己開發控制軟件和驅動。
圖3：使用LabVIEW和CompactRIO，KC BioMediX, Inc.能夠將其開發成本縮減250000美元。
使用Mobile Robots Inc.進行原型開發
圖4：由CCS Robotics使用MobileRobots PatrolBot作為平臺開發的機器人SpeciMinder正在被CCS Robotics應用于醫院中。
如果您需要帶有靈活性的商業解決方案，MobileRobotics Inc.提供了基于可以用于所有目的和幾乎所有價格下的平臺。如果您正在尋找能夠與人類交互的、講究“機器人禮儀”的機器人，PeopleBot和GuiaBot知道如何進行社交。如果您需要滿足所有地形的平臺，P3AT可以用于室外或惡劣地形下的項目。P3DX是最流行的課堂機器人，PowerBot用于重負荷工作，就像工業機械臂一樣。
MobileRobots Inc. PatrolBot已經用于實際使用，如將樣本送到醫院的多個實驗室中。將樣本置于CCS Robotics開發的SpeciMinder頂部，PatrolBot可以在無需人工干預的情況下從一個地方移動到另一個地方。它會通知它的到達，等待裝載完成，然后移動到下一個地方。如果有東西擋住它的去路，機器人會想辦法繞過它，或是使用不同的通道。一些在一年前安裝的SpeciMinder已經累計移動了超過10000 km。
功能原型驗證能夠減少開發時間和成本。從低成本解決方案需要最少的I/O（例如基于LEGO MINDSTORMS NXT撿網球的機器人）直至高通道數確定性的解決方案（例如基于CompactRIO的NTrainer Sytem），針對不同應用都有對應的機器人平臺。使用LabVIEW對機器人進行編程，您可以方便地在一個月內完成機器人的原型開發。
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-Meghan Meckstroth
Meghan Meckstroth是專注于機器人技術的NI應用工程師。她獲得了美國田納西大學機械工程的學士學位。
LEGO和MINDSTORMS是LEGO Group. © 2009 The LEGO Group的注冊商標。
目前NI已全面推出LabVIEW Robotics 2009，用于自主地面機器人系統的設計、原型與發布，更多信息請訪問www.ni.com/robotics/zhs。