用LabVIEW和CompactRIO開發(fā)腿輪移動機器人

　　機器人傳感器包括：馬達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器人的感應(yīng)能力。機器人上的激勵器包含8個用于驅(qū)動的直流有刷電機，2個用于前腿車輪轉(zhuǎn)動的高扭矩RC伺服電機，用于輪腿切換的四個小型RC伺服電機和四個小型直流有刷電機。

　　軟件

　　三個運行LabVIEW 的計算核心(PC， 實時系統(tǒng)和FPGA)負責(zé)不同的任務(wù)。用戶操作PC，將高級指令(如機器人應(yīng)該以輪模式還是腿模式運行)發(fā)送到NI CompactRIO 控制器。控制器以1kHz的循環(huán)速率運行，將關(guān)于機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)。機器人軟件架構(gòu)包括各種狀態(tài)機，每個狀態(tài)代表一種機器人行為。其他需要高速信號交換的算法以10 kHz的循環(huán)率在FPGA上運行。包括直流電動機、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 控制平臺結(jié)構(gòu)

　　機器人通電后，我們進行電機校準(zhǔn)，定義機器人每條腿輪上兩個活躍自由度的完全幾何配置。通過匹配安裝在機器人身體上的霍爾效應(yīng)傳感器和安裝在腿輪內(nèi)部磁鐵的相對位置實現(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，前進速度和轉(zhuǎn)彎速率都連續(xù)可調(diào)。同樣，當(dāng)機器人在腿模式下運作時，站立和入座行為也屬于瞬時狀態(tài)。站立起來后的機器人可以執(zhí)行各種行為，包括步行、小跑、跨步、跨越障礙和爬樓梯。