用LabVIEW和CompactRIO開發(fā)腿輪移動(dòng)機(jī)器人

　　機(jī)器人傳感器包括：馬達(dá)和功率放大器上用于健康監(jiān)測的溫度傳感器;用于電源管理的電壓和電流測量傳感器;用于腿輪配置校準(zhǔn)的霍爾(Hall)效應(yīng)傳感器;用于身體狀態(tài)測量的6軸慣性制導(dǎo)儀和2軸測斜儀;用于離地間隙測量的3個(gè)紅外距離傳感器。全球定位系統(tǒng)、視覺和激光測距儀等各種傳感器也被用于提高機(jī)器人的感應(yīng)能力。機(jī)器人上的激勵(lì)器包含8個(gè)用于驅(qū)動(dòng)的直流有刷電機(jī)，2個(gè)用于前腿車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的高扭矩RC伺服電機(jī)，用于輪腿切換的四個(gè)小型RC伺服電機(jī)和四個(gè)小型直流有刷電機(jī)。

　　軟件

　　三個(gè)運(yùn)行LabVIEW 的計(jì)算核心(PC， 實(shí)時(shí)系統(tǒng)和FPGA)負(fù)責(zé)不同的任務(wù)。用戶操作PC，將高級(jí)指令(如機(jī)器人應(yīng)該以輪模式還是腿模式運(yùn)行)發(fā)送到NI CompactRIO 控制器?？刂破饕?kHz的循環(huán)速率運(yùn)行，將關(guān)于機(jī)器人健康的重要信息發(fā)送回來，并在PC上記錄狀態(tài)數(shù)據(jù)。機(jī)器人軟件架構(gòu)包括各種狀態(tài)機(jī)，每個(gè)狀態(tài)代表一種機(jī)器人行為。其他需要高速信號(hào)交換的算法以10 kHz的循環(huán)率在FPGA上運(yùn)行。包括直流電動(dòng)機(jī)、編碼器讀數(shù)以及基于PWM的RC伺 服命令的比例-積分-微分(PID) 控制。

 　　圖2. Quattroped 控制平臺(tái)結(jié)構(gòu)

　　機(jī)器人通電后，我們進(jìn)行電機(jī)校準(zhǔn)，定義機(jī)器人每條腿輪上兩個(gè)活躍自由度的完全幾何配置。通過匹配安裝在機(jī)器人身體上的霍爾效應(yīng)傳感器和安裝在腿輪內(nèi)部磁鐵的相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。我們可以在腿模式或輪模式下操作經(jīng)校準(zhǔn)過的機(jī)器人，這取決于當(dāng)前RIM配置(即為車輪或半圈腿模式)。另外，我們也可以通過腿輪轉(zhuǎn)換來改變腿輪配置。機(jī)器人輪模式下的行為包括站立、行駛和入座。站立和入座為兩個(gè)瞬態(tài)狀態(tài)，用以過度最初地面配置和行駛行為。在行駛行為中，前進(jìn)速度和轉(zhuǎn)彎速率都連續(xù)可調(diào)。同樣，當(dāng)機(jī)器人在腿模式下運(yùn)作時(shí)，站立和入座行為也屬于瞬時(shí)狀態(tài)。站立起來后的機(jī)器人可以執(zhí)行各種行為，包括步行、小跑、跨步、跨越障礙和爬樓梯。