Владимир Горчаков (National Instruments) | Образовательные...

LabVIEW Robotics 2009

Технологии National Instruments для мобильной робототехники в

образовании


Робототехника – что предстоит освоить?

Робототехника

Механика- шасси- скелет

- захваты

Электроника- датчики- батареи

- контроль

Программирование- Сбор данных- Управление

- PID регуляторы- Принятие решений


Схема работы простого робота

• Сбор данных• Фильтрация• Измерение

сигналов

Измерения

• Навигация• Вычисление• Принятие решений

Обработка• Перемещение• Кинематика• Управление

движением

Действие


Контроль роботических манипуляторов для утилизации ядерных отходов

Контроль 70-тонных роботических захватов для океанской ветровой турбины

Контроль плазмы в первом в мире стендовом токамаке

Как мы это делаем на предприятиях?


Cемейство NI Compact Vision SystemПроцессор реального времениОбработка видео в реальном времени для принятия решений

Подключение до 3-х FireWire-камер

Цифровые линииВход: 13 линий 24 В, 2 ТТЛВыход: 4 линии 24 В, 10 ТТЛ

Разъем для подключения монитора

Разъем Ethernet Для подключения к системам управления

Разъемы синхронизации


Встраиваемая платформа CompactRIO

Низкое энергопотребление• 9-35 В, 7-10 Вт

Модули ввода-вывода•Подключение датчиков•Реле•Контроллеры двигателей•Интерфейсы (GSM,GPRS,WiFi)

Контроллер реального времениПроцессоры от 800 МГц, поддержка вычислений с плавающей точкой

Реконфигурируемая ПЛИС•Встроена в шасси•Осуществляет тактирование, синхронизацию, быструю обработку данных и управление

Интерфейсы•Подключение Ethernet-камер•USB•RS-232

Форм-фактор•Надежный металлический корпус•Размеры – 8.8 х 18 см


Ethernet TCP/IP

Датчики и приводы(Аналоговый и цифровой ввод/вывод)

Serial RS-232

CANModbus

RS-232RS-485

Карты памяти

IEEE 802.11b/g

Приводы

GPS

GSM/GPRS

ZigBee

Модули ввода/вывода сигналов

Более 50 модулей

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://sine.ni.com/images/products/us/crio9237_m.jpg&imgrefurl=http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/ko/nid/202684&h=146&w=200&sz=9&hl=en&start=5&sig2=zAnWulTWKrqlqlQwOrxl0A&um=1&tbnid=jYcXB2Fm0xwp-M:&tbnh=76&tbnw=104&ei=bxsiSIrfOJrswwG05Kz7Cw&prev=/images?q=ni+9237&um=1&hl=en&rlz=1T4DMUS_enUS241US241&sa=N

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://sine.ni.com/images/products/us/wap-3701_m.jpg&imgrefurl=http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/ko/nid/203942&h=146&w=200&sz=3&hl=en&start=1&sig2=tT1z43-Z2AYxO5I4rOZlGg&um=1&tbnid=kdfP1PE5Q7PtiM:&tbnh=76&tbnw=104&ei=zxsiSPiZMpqUwQGZ5NHlCw&prev=/images?q=wap-3701&um=1&hl=en&rlz=1T4DMUS_enUS241US241


Как мы этому обучаем?

• Сбор данных• Фильтрация• Измерение

сигналов

Измерения

• Навигация• Позиционировани

е• Принятие решений

Обработка• Перемещение• Кинематика• Управление

движением

Действие


NI myRIOразработка реальных систем

Simulink Coder™

C/C++

_ e c l i p se


От базовых идей к проектированию систем

Контроль объектов Мехатроника

Встраиваемые системы

Роботы

Выпускные

разработки


Ядро NI myRIO

XILINX Zynq SoC


Аналоговый вход

Аналоговый выход

Цифровой вх/вых

Пользоват. вх/вых

Процессор ПЛИС

Что такое Zynq?

PCI BusШина AXI

Традиционная реализация

Одна система на чипе


667 МГц двухядерный процессор ARM Cortex-A928K логических ячеек (Artix-7)80 сигнальных процессоров, 16 DMA каналов92 млрд. вычислений в секунду

Ядро NI myRIO


Почему Zynq интересен для образования?

современный промышленный

стандарт

Такая же технология используется в новейших

промышленных системах и в

NI Compact RIO


NI Linux Real-Time• Используйте обширную экосистему Linux

RaimaMySQLSQLite

MongoDBCouchDB

OpenVPNIP Tables

Протоколированиеfail2bandenyhost

C/C++Shell Scripting

PythonRubyPerl

IsshdIPv6

SNMPNTP

netstat

База данных БезопасностьПовторное

использование кода

Сеть


NI Linux Real-Time• Повторно используйте код С/C++ в том числе в

приложениях реального времени, созданных с LabVIEW

C/C++e c l i p se

• Программируйте процессор на C/C++ используя Eclipse IDE

•Специальный дистрибутив Eclipse доступен для БЕСПЛАТНОГО скачивания на ni.com

• Примеры для NI поставляются с загрузкой


Разворачивайте на оборудовании посредством LabVIEW

Модуль MathScript RT

Модуль Control Design &Simulation

Среда разработки MathWorks Inc.

MATLAB®

Simulink®

LabVIEW Real-Time

MATLAB® и Simulink® являются зарегистрированными торговыми марками The MathWorks, Inc.

Simulink Coder™

Ваш .m код

Ваш .mdl код

CompactRIO, Single-Board RIO, myRIO, PXI или ПК


Модуль LabVIEW MathScript RT

• Текстовые: контроль, обработка сигналов, анализ и математика– 900 встроенных/пользовательский

функций– Повторное использование кода из .m

файлов для The MathWorks, Inc. MATLAB® и других

– Основан на математике из ПОNI MATRIXx

• Возможности LabVIEW– Интерактивные и программные

интрефейсы– Не требует стороннего ПО– Допускает гибридное

программирование– Работает с модулем LabVIEW Real-Time MATLAB® is a registered trademark of The MathWorks, Inc..


Пользовательские светодиоды

NI myRIO: лицевая панель


Встроенный акселерометр

Разъемы для монтажа

NI myRIO: задняя панель


Вид сверху

Порт USB

Подключение к ПК

Питание


Порт расширения NI myRIO (MXP)

4 Аналог

. вх

2 аналог.

вых

3 PWMs

1 кодер Quad

1 UART1 SPI

1 I2C

6 цифр. вх/вых

MXP BОдинаковые разъемыMXP A


Наборы NI myRIO | ni.com/myrio

Начальный Встраиваемый

Мехатроника Светодиоды и

переключатели 7-сегмент.

дисплей Потенциометр Термистор Фоторезистор Датчик Холла Микрофон/

динамик Батарейный блок Мотор пост. тока

Набор чтения RFID Цифровая клавиатура Светодиодная матрица Цифровой

потенциометр Символьный экран Цифровой датчик

температуры EEPROM

Мотор-редуктор Мостовая схема

управления Акселерометр Трехосный гироскоп Инфракрасный датчик

расстояния Датчик внешнего

освещения Ультразвуковой детектор Компас Любительские

сервоприводы


Настольный футбол роботов Мехатроника

Вызов Решение

Использование LabVIEW и myRIO для разработки футбола роботов. Этот подход обучает интеграции роботических систем ведя к увеличению вовлеченности студентов, улучшению оценок и наилучшей реализации системы.

Студенты едва могут реализовать инновационные идеи с использованием текстового программирования, из-за не интуитивного синтаксиса и сложной интеграции с оборудованием. Вслед за успехом в исследованиях, Following many research successes, Лафборо хотели использовать LabVIEW с их мехатронным модулем


OrseusmyRIO в космосе


Использование myRIO для контроля всех датчиков и экспериментального оборудования на высотном аэростате от запуска до приземления с мониторингом в реальном времени и пост-обработкой.

Разработка встроенной системы, которая работает в условиях низкого давления и температуры – в космосе. Система должна проводить различные эксперименты, включая изучения солнечного излучения и загрязнения атмосферы.


Победитель конкурса Student Design Contest 2014 Sepios, всенаправленный робот-каракатица


Робот с 4 плавниками, каждый из которых оборудован 9 сервоприводами для генерации волн различной формы и выполнения любых возможных маневров. Все это координируется одним NI myRIO в сердце дрона.

Создание морского робота, приводимого в движение плавниками, вдохновленными каракатицей, в целях изучения этого уникального механизма передвижения и его преимуществ.


Мониторинг экскаватораАвтоматизированная система в условиях угольного разреза


АПК мониторинга положения в пространстве элементов горных машин, способного анализировать цикл работы экскаватора на операции перевалки горной массы.

Создание системы минимизации энергозатрат на технологических машинах Кузбасса.

КузГТУ


LabVIEW Software Bundle – набор ПО для робототехники

LabVIEW Real-Time(Работа с системами Real-Time)

LabVIEW FPGA(Программирование ПЛИС)

NI Vision(Сбор и обработка видео)

LabVIEW Control Design and Simulation

(Моделирование систем управления)

NI SoftMotion(Управление приводами)

LabVIEW Statechart(Разработка алгоритмов

управления)

LabVIEW Mathscript RT(Текстовая математика на

системах real-time)

LabVIEW PID Toolkit(Алгоритмы ПИД-управления)


Sensing (Измерения сигналов)

Connectivity (Подключение стороннего оборудования)MobileRobots, Skilligent, Cogmation

Protocols (Протоколы обмена данными)JAUS, NMEA, FPGA

Path Planning (Планирование пути)

Obstacle Avoidance (Обход препятствий)

Steering (управление движением)

Robotic Arm (Роботизированные руки)Open Source Robotics Toolbox

Загрузка алгоритмов из интернет

+ Палитра функций в LabVIEW


“Что такое” LabVIEW Robotics?Пакет ПО

LabVIEW FPGALabVIEW Real-Time

LabVIEW Mathscript RTLabVIEW CD&Sim

NI VisionNI Soft Motion

LabVIEW StatechartPID Toolkit

System ID Toolkit

• Новый помощник для начала работы

• Помощник работы с оборудованием

• Готовые шаблоны

“Новый” опыт

• Алгоритмы поиска• Визуализация• Обход препятствий• Кинематика• Примеры и шаблоны

Готовые IP

• Драйверы для датчиков• Драйверы для приводов• Инструмент работы с

драйверами

Драйверы


LabVIEW Robotics ключевые возможности

IP для навигации, движения, кинематики…

Графическое программирование

Инструменты для интеграции текстовых

алгоритмов

Внедрение на Real-time и ПЛИС-системы

Примеры реальных приложений

Подключение сенсоров и приводов сторонних

производителей


+ Драйверы датчиков и примеры

ИК датчики

GPS сенсоры

Лидары

Стерео зрение

Радары


+ Интеграция с оборудованиемКомпания Новые возможности

Cogmation Моделирование систем

Energid Кинематика

Hokuyo Лидары

iRobot Интеграция с оборудованием

Microsoft Моделирование систем

MobileRobots Интеграция с оборудованием

MaxonMotors Интеллектуальные приводы

Pitsco Стартовый набор по робототехнике

Skilligent ПО для аналогового видео

TORC Протокол JAUS

Velodyne Лидары

Открытое ПО

C, HDL, .m файлов

Использование кода

Несколько аппаратных платформ


3D cимулятор LabVIEW RoboticsИнтерактивное создание виртуальной площадки

• Моделирование множества различных объектов любой формы• Технология Open Dynamics Engine• Моделирование динамики с учетом:

различных типов сочленения подвижных элементов робота

силы трения при движениистолкновения робота с

препятствиями


• Использование готовой модели (NI DaNI)

• Создание собственной модели с указанием всех параметров робота

3D cимулятор LabVIEW RoboticsСоздание модели робота


• Перемещение робота в пространстве

• Огибание препятствий

• Столкновение с препятствиями

3D cимулятор LabVIEW RoboticsАнализ видеозаписи


• Создание виртуальной площадки

• Автоматическая генерация проекта в LabVIEW

• Запуск программы управления роботом

• Анализ полученной видеозаписи перемещения робота по площадке

3D cимулятор LabVIEW RoboticsКак происходит отладка программы робота?


Готовые API-блоки

•Цифровой ввод/вывод

•Аналоговый ввод/вывод

Позволяют программировать робота, не программируя ПЛИС

•Parallax Ping Range Finder•Parallax Servo•AXPX RW-110 RFID Reader•PNI TCM XB Digital Compass and 3-axis Tilt•HAIOL Extension for the Hokuyo LIDAR •HAIOL Extension for the u-Blox GPS•DC Motor Controller•Hitec HS400 Series Servo•HAIOL Extension for IR and Ultrasonic Rangers•RC Systems V-Stamp Text to Speech device

Поддержка новых датчиков и приводов


LabVIEW Robotics for DENSO, KUKA, MITSUBISHI

• Библиотека для прямого управления промышленными роботами из LabVIEW


LabVIEW Robotics Starter KitНабор для быстрого вовлечения и обучения робототехнике

Официальныйкомплект

World Skills


NI My RIOСистема управления

Комплект датчиков

Приводыс энкодерами

КонструкторPITSCO Tetrix

Включил и поехал!

LabVIEW Robotics Starter KitНабор для быстрого вовлечения и обучения робототехнике


Примеры использования


Робот 1

Ультразвуковые датчики расстояния

NI Single-Board RIOH-мосты

Инфракрасный датчик


Робот 2

NI Single-Board RIO• Процессор реального времени• ПЛИС• Интерфейсы для подключения датчиков

Лидар

Инерциальный датчик

Механический корпус

Контроллер скорости


Робот 3

NI SmartCamera

NI Single-Board RIO

Контроллеры двигателей

Аккумуляторы


Робот 4

КамераБеспроводной роутер

Встраиваемая платформаNI CompactRIO

Механическая конструкция


ni.com/robotics

• Группы– Автономные

системы– Исследования и

обучение– Промышленные

роботы• Рекомендации и

статьи• Видео

Владимир Горчаков (National Instruments) | Образовательные...

Technology

Transcript of Владимир Горчаков (National Instruments) | Образовательные...