技术讲堂:使用分层的方法设计机器人软件|亚博app

本文摘要:机器人软件体系结构是一组典型的分层控制电路,包括高端计算平台上的高级任务规划、运动控制电路,最后是现场可编程门阵列(FPGA)。

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机器人软件体系结构是一组典型的分层控制电路,包括高端计算平台上的高级任务规划、运动控制电路,最后是现场可编程门阵列(FPGA)。中间有回路控制路径规划、机器人轨迹、障碍物转弯等多项任务。这些主电路可以在不同的计算节点(包括台式机、实时操作系统和没有操作系统的自定义处理器)上以不同的速率运行。

有时,系统的所有部分必须一起运行。一般来说,这必须预测软件和平台之间非常简单的接口——就像控制和监控方向和速度一样简单。

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在软件栈中共享不同级别的传感器数据是一个好主意,但不会给构建带来相当大的困难。每个参与机器人设计的工程师或科学家都有不同的想法。举个例子,同样的架构对于计算机科学家来说很好用,但是机械工程师不一定能长期工作。

如图1右图所示,提议的移动机器人软件体系结构由三至四层系统组成,如下图所示。软件中的每一层都只是与特定系统、硬件平台或机器人的最终目标不同,与其上下两层的内容几乎没有关系。典型的机器人软件还包括驱动程序、平台和算法层组件,而没有用户交互的应用程序包括用户界面层(可能不需要几乎自动构建)。

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图1。机器人参考架构本例中的架构是一个带有机械臂的自主移动机器人,它需要继续执行路径规划、障碍物转弯和地图绘制等任务。

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这类机器人的应用范围在现实世界中非常普遍,包括农业、物流或者搜救。车载传感器还包括编码器、惯性测量单元(IMU)、摄像机以及多个声纳和红外(IR)传感器。传感器融合可用于整合本地化编码器和惯性测量单元数据,并定义机器人环境地图。

摄像机用于识别搬运机器人手臂持有的物体,机器人手臂的方向由平台层上连续执行的运动学算法控制。声纳和红外传感器可以避开障碍物。最后,使用重定向算法来控制机器人的运动,即轮子或履带的运动。图2展示了基于移动机器人架构的NASA机器人。

图2。

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