MathWorks：助力機器人發(fā)展，MATLAB和Simulink打造智能未來

MathWorks中國工業(yè)自動化與裝備（IA&M）行業(yè)市場經(jīng)理 宋勝凱

在機器人技術(shù)領(lǐng)域，MathWorks^?的MATLAB^?和Simulink^?工具發(fā)揮著舉足輕重的作用。本次采訪中，EEPW將與MathWorks的中國工業(yè)自動化與裝備（IA&M）行業(yè)市場經(jīng)理，宋勝凱先生一道探討這些工具的最新技術(shù)進步，特別是在仿真和驗證自主系統(tǒng)方面，以及它們?nèi)绾螏椭芯咳藛T和工程師在機器人設(shè)計中更有效地利用三維物理模型和機電模型。

目前在機器人和自主系統(tǒng)研發(fā)領(lǐng)域，AI技術(shù)的應(yīng)用已成為必然趨勢。對此，宋勝凱表示，MATLAB和Simulink使工程師能夠?qū)I與基于模型的設(shè)計相結(jié)合，加速和增強系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。這包括創(chuàng)建復(fù)雜非線性動力學(xué)的AI模型，開發(fā)嵌入式算法，通過需求鏈接、仿真和測試來確認和驗證AI 驅(qū)動的系統(tǒng)，以及通過仿真環(huán)境訓(xùn)練強化學(xué)習(xí)智能體。特別是在環(huán)境感知領(lǐng)域，AI更是發(fā)揮著舉足輕重的作用，涉及標(biāo)注、建模、訓(xùn)練和部署四個主要方面。MATLAB提供內(nèi)置App幫助用戶以交互式開展各個步驟的工作，包括使用視頻標(biāo)注器和圖像標(biāo)注器進行自動標(biāo)注，使用深度學(xué)習(xí)工具箱的圖形化建模環(huán)境進行深度學(xué)習(xí)建模，以及模型的訓(xùn)練和部署。

眾所周知，機器人系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多域系統(tǒng)，它是機-電-軟各個技術(shù)領(lǐng)域相互耦合。因此，三維物理模型和機電模型是與控制模型一起構(gòu)成系統(tǒng)的必要部分，是機理分析、控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。宋勝凱進一步談到，MathWorks提供完整的工具鏈條，為設(shè)計和開發(fā)機器人系統(tǒng)提供建模和仿真的基礎(chǔ)環(huán)境。利用這些模型，工程師可以在機器人系統(tǒng)的開發(fā)和測試過程中，進行多域動態(tài)仿真，運動學(xué)運動仿真、高級任務(wù)仿真以及硬件在環(huán)（HIL）仿真。

而傳感器數(shù)據(jù)處理則是另一個機器人技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。機器人的感知能力依賴于傳感器，但這些傳感器提供的輸入往往包含噪聲或具有誤導(dǎo)性，這就需要采用算法在噪聲數(shù)據(jù)中提取有效信息，MathWorks提供多個工具箱處理特定領(lǐng)域的傳感數(shù)據(jù)，如信號處理工具箱、小波工具箱、音頻工具箱、圖像處理工具箱、計算機視覺工具箱和Lidar Toolbox?。這些工具箱提供大量的、已在工程領(lǐng)域成熟應(yīng)用的函數(shù)，同時，也提供了大量的典型應(yīng)用示例，為工程師快速開展算法設(shè)計提供設(shè)計基礎(chǔ)。在MATLAB代碼生成工具的支持下，工程師還可以快速將算法原型自動生成面向目標(biāo)運行環(huán)境的實現(xiàn)代碼。在機器人的路徑規(guī)劃與決策方面，宋勝凱向EEPW介紹，MathWorks提供Sensor Fusion and Tracking Toolbox?來設(shè)計、仿真和測試多傳感器跟蹤和定位系統(tǒng)，以及Navigation Toolbox設(shè)計、仿真和部署自主導(dǎo)航算法。

Statefl ow是設(shè)計和開發(fā)監(jiān)督控制、任務(wù)調(diào)度、故障管理、通信協(xié)議、用戶界面和混合系統(tǒng)的主要建模工具，它在任務(wù)規(guī)劃和實時決策中起到了核心作用。

最后，宋勝凱也向我們闡述了MathWorks 對于機器人未來的趨勢，他表示，機器人行業(yè)正在進入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展快車道，功能安全問題和信息安全問題也隨之凸顯。MathWorks提供的MATLAB/Simulink是構(gòu)建信息物理系統(tǒng)的集成建模仿真平臺，V&V工具鏈幫助用戶開展基于仿真的“確認”與“驗證”的工程活動，這些工具共同幫助用戶探索解決功能安全和信息安全問題的方法和解決方案。

（本文來源于《EEPW》202411）