概覽

　　機(jī)器人（Robot）是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。

　　機(jī)器人是整合控制論、機(jī)械電子、計(jì)算機(jī)、材料和仿生學(xué)的產(chǎn)物。在工業(yè)  本田公司ASIMO機(jī)器人、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)甚至軍事等領(lǐng)域中均有重要用途。

　　現(xiàn)在，國際上對機(jī)器人的概念已經(jīng)逐漸趨近一致。一般說來，人們都可以接受這種說法，即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)；或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可用電腦改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)?！?/P>

　　路徑規(guī)劃

　　給定地圖和目的地情況下的路徑規(guī)劃指的是機(jī)器人通過軌跡識(shí)別行進(jìn)至目的地的能力。路徑規(guī)劃是至關(guān)重要的問題解決能力，因?yàn)闄C(jī)器人必須有能力決定在到達(dá)目的地前的路程中如何行進(jìn)。

　　路徑規(guī)劃可分為兩部分：表達(dá)與算法。路徑規(guī)劃人員首先將機(jī)器人環(huán)境轉(zhuǎn)化為適合路徑規(guī)劃的形式。路徑規(guī)劃算法通?？捎糜趲缀跛信渲每臻g的表達(dá)，雖然某些方法會(huì)更適合特定表達(dá)。圖1展示了LabVIEW中繪制的Voronoi圖。

　　圖1.LabVIEW中的Voronoi圖

　　由于多數(shù)表達(dá)可轉(zhuǎn)換為圖表，初始節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間的路徑可通過圖搜索算法來計(jì)算。圖搜索算法被計(jì)算機(jī)科學(xué)充分理解，然而，許多算法要求程序訪問圖上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，以此來決定初始節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的短路徑。對于松連通圖來說，訪問每個(gè)節(jié)點(diǎn)是容易計(jì)算的，如Voronoi圖；但對于緊連通圖來說計(jì)算開銷迅速變大，如規(guī)則網(wǎng)格圖。

　　避障

　　路徑規(guī)劃人員僅考慮預(yù)先知道的環(huán)境障礙。在路徑執(zhí)行中可能由于地圖或動(dòng)態(tài)環(huán)境等因素，造成機(jī)器人真實(shí)傳感器的值與預(yù)期值之間存在差異。因此，機(jī)器人必須能根據(jù)真實(shí)傳感器的值實(shí)時(shí)改變運(yùn)動(dòng)路徑。這正是避障能力重要的原因。一些通用的避障方法包括Bug算法、VFH算法。

　　Bug算法

　　一種直接的路徑規(guī)劃方法是沿機(jī)器人行進(jìn)路線中每個(gè)障礙的輪廓繞行。Bug1算法中，機(jī)器人完全沿障礙物輪廓環(huán)繞，并在到達(dá)離目標(biāo)地點(diǎn)近的點(diǎn)時(shí)分離。Bug2算法顯著縮短了機(jī)器人的行進(jìn)路程，但仍不是的。

　　VFH算法

　　Bug算法的一個(gè)限制是機(jī)器人每一刻的行為一般為傳感器近時(shí)刻讀數(shù)的函數(shù)。這就可能導(dǎo)致機(jī)器人的瞬時(shí)傳感器讀數(shù)不能為穩(wěn)定的避障能力提供足夠的信息。VFH技術(shù)通過創(chuàng)建機(jī)器人周圍環(huán)境的地圖克服了該限制。在避障時(shí)生成極坐標(biāo)柱狀圖來確定轉(zhuǎn)向。首先，識(shí)別能夠讓機(jī)器人通過的所有通道。然后，執(zhí)行考慮目標(biāo)方向、輪方向和前一刻方向的代價(jià)函數(shù)。

　　圖2.LabVIEWVI的前面板運(yùn)行VFH避障算法

　　在中LabVIEW使用算法

　　通過LabVIEW用戶可選擇有效的語法來開發(fā)算法，或使用內(nèi)置工具來導(dǎo)入其它基于文本語言寫的算法。繼承代碼中已有的搜索算法及其它機(jī)器人庫可輕松導(dǎo)入LabVIEW、LabVIEWReal-Time和LabVIEWFPGA中。

　　調(diào)用函數(shù)庫節(jié)點(diǎn)

　　LabVIEW用戶可利用調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)在Windows機(jī)器和實(shí)時(shí)嵌入式控制器中調(diào)用DLL。該節(jié)點(diǎn)用于在LabVIEW中創(chuàng)建調(diào)用專為LabVIEW編寫的已有庫或新庫的接口。下圖的調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點(diǎn)輸入4個(gè)字節(jié)的浮點(diǎn)數(shù)，并輸出其平方值。

　　圖3.調(diào)用函數(shù)庫節(jié)點(diǎn)可在LabVIEW中用于導(dǎo)入繼承代碼

　　公式節(jié)點(diǎn)

　　公式節(jié)點(diǎn)可用于LabVIEW和LabVIEWReal-Time中的算法開發(fā)。公式節(jié)點(diǎn)是一種簡單的基于文本語言的節(jié)點(diǎn)，用于在LabVIEW框圖中執(zhí)行數(shù)學(xué)操作。用戶無需連接任何外部代碼或應(yīng)用，也無需連接低級算法函數(shù)來創(chuàng)建等式。除了基于文本的等式表達(dá)，公式節(jié)點(diǎn)還能接受基于文本版的if聲明、while循環(huán)、for循環(huán)和do循環(huán)，這些都是C語言用戶所熟悉的。

圖4.公式節(jié)點(diǎn)采用類似C語言的語法

　　HDL節(jié)點(diǎn)

　　HDL接口節(jié)點(diǎn)允許用戶在LabVIEWFPGA中綜合硬件描述語言（HDL）寫的算法或應(yīng)用。用戶可以直接在HDL接口節(jié)點(diǎn)中輸入HDL代碼，或引用外部HDL文件，下圖的例子中，HDL輸入節(jié)點(diǎn)包括了VHDL代碼，將兩個(gè)32比特?cái)?shù)字相加并返回結(jié)果。

圖5.HDL節(jié)點(diǎn)允許用于向LabVIEWFPGA中導(dǎo)入HDL代碼