用于機器人設(shè)計的硬件平臺

1、用于機器人設(shè)計的硬件用于機器人的 RIO控制概覽自動或半自器人常常需要控制系統(tǒng)，從而能夠結(jié)合高度智能化的確定性控制，并且可以方便地連接到不同的傳感器和執(zhí)行器上。NI 提供了多種硬件，以滿足復(fù)雜系統(tǒng)的需求。從尖端的機器人研究項目直至高級行業(yè)應(yīng)用，NI被證實是高效的機器人解決方案?？芍貜?fù)配置 I/O（RIO）體系結(jié)構(gòu)NI硬件共享通用一個可重復(fù)配置 I/O（RIO）體系結(jié)構(gòu)。這系結(jié)構(gòu)整合了實時處理器、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）和多樣的 I/O，包括模擬、數(shù)字、運動和通信 I/O。使用這個標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)和 NI LabVIEW 圖形化開發(fā)工具，您可以使用靈活的高性能硬件，快速對機器人系統(tǒng)迚行設(shè)計和原

2、型開發(fā)。圖 1：NI RIO 部署曲線：多種用于機器人的硬件解決方案NI CompactRIO 和 NI Singoard RIOCompactRIO系統(tǒng)具有實時處理器、包含用戶可編程FPGA 的四槽或八槽可重復(fù)配置機箱以及可熱揑拔的工業(yè)I/O 模塊。這個低成本的體系結(jié)構(gòu)提供了開放的低級硬件資源,可以用于機器人系統(tǒng)的快速開發(fā)。另外, 它還包含提供保護的機械外殼。/chinaNational Instruments弗吉尼亞理工大學(xué)學(xué)生在CompactRIO 的基礎(chǔ)上開發(fā)半自動化地面車輛。圖 2：NI Singoard RIO 是基于與 CompactRIO 相同體系結(jié)構(gòu)的低成本板卡級系統(tǒng)。NI

3、Single-Board RIO 具有板載的模擬 I/O 和數(shù)字I/O，當(dāng)然您還可以通過其它 I/O 模塊來迚行擴展。參照表 1 中的規(guī)格，決定哪種 RIO 硬件最適合您的應(yīng)用需求。圖 3：來自USCD 坐標(biāo)機器人的靈活行走漫游者是基于 NI Singoard RIO 開發(fā)的。/chinaNational InstrumentsCompactRIO 模塊化系統(tǒng)CompactRIO 集成系統(tǒng)NI Single- Board RIO溫度范圍-40 至 70 C-20 至 55 C-20 至 55 CEMC 認(rèn)證提供機械外殼能夠混和匹配控制器和機箱C 系列揑槽或擴展4 或 8 個揑槽8 個揑槽3 個

4、用于擴展表 1：NI RIO 硬件比較使用 LabVIEW 機器人模塊，您可以方便地對實時處理器、可重復(fù)配置 FPGA 和 RIO系統(tǒng) I/O迚行編程。LabVIEW 機器人模塊還包含機器人IP、范例以及傳感器和執(zhí)行器驅(qū)動程序，可用于實時模塊編程和 FPGA 編程。NI Singoard RIO控制與概覽NI Singoard RIO 產(chǎn)品是為高容量的控制與應(yīng)用而設(shè)計的，可以滿足高性能和高可靠性的要求。通過使用這些實時的單板計算機，工程師和開發(fā)員可以將包含I/O 的系統(tǒng)更快地投入市場。由于 NI Singoard RIO 使用了 NI LabVIEW FPGA 和 LabVIEW 實時技術(shù)，工

5、程師們能夠使用簡單易用的圖形化編程工具對 NI Sing定制。oard RIO系統(tǒng)迚行設(shè)計、編程以及/chinaNational InstrumentsI/O 的接頭LabVIEW 實時模塊掃描模式支持用于基于 USB器的全速 USB 主機端口內(nèi)置器高達(dá) 4 GB高達(dá) 256 MB高達(dá) 256 MB電源輸入范圍雙 9 至 35 VDC單 19 至 30 VDC單 19 至 30 VDCFPGAXilinx Virtex FPGAXilinx Spartan-3 FPGAXilinx Spartan- 3 FPGA圖 1：NI Singoard RIO 產(chǎn)品是實時的單板計算機，包括實時處理器、F

6、PGA 以及模擬與數(shù)字 I/O，可以使用LabVIEW 迚行編程。單板控制與用于快速開發(fā)的 NI LabVIEW 圖形化編程工具 用于可靠獨立操作與信號處理的板載實時處理器用于定制I/O 定時與處理的板載 FPGA板載模擬I/O 與數(shù)字I/O用于板卡級設(shè)計的低成本系統(tǒng)NI 的 Singoard RIO 都在一塊板卡上集成了一個實時處理器、一塊高性能FPGA以及板載模擬與數(shù)字I/O 接口。所有I/O 都直接連接到FPGA，提供了定時與 I/O 信號處理的底層定制。FPGA 通過高速 PCI 總線連接到實時處理器。LabVIEW 包含了內(nèi)置的數(shù)據(jù)傳輸方式，用于將數(shù)據(jù)從I/O 傳送到 FPGA，或是

7、從FPGA 傳送到或是與聯(lián)網(wǎng)的主機迚行通信。處理器上，用于實時分析、后處理、數(shù)據(jù)圖 2：NI Singoard RIO 體系結(jié)構(gòu)說明：CompactRIO 還可以作為一個包裝完好的用來承受苛刻的工作環(huán)境。系統(tǒng)來，其中包含了一個堅固的機械外殼，NI Singoard RIO 產(chǎn)品總共有八種 NISingoard RIO 產(chǎn)品。這些產(chǎn)品在處理器速度、可編程門陣列(FPGA)門數(shù)量、內(nèi)存容量以及I/O 組合方面有所不同。要了解關(guān)于某個型號具體包含何種特性，請參考下表。/chinaNational Instruments型號處理器速度 (MHz)內(nèi)存 (DRAM)FGPA 大小 (門)3.3 V DI

8、OAIAO24 VDI/DO 線表 1：實時單板計算機的 NISingoard RIONI Singoard RIO 產(chǎn)品包括以下規(guī)范和設(shè)備：-20 至 70 C器工作溫度-20 至 55 C 工作溫度19 V 至 30 VDC 電源輸入用于連接接口和設(shè)備的 RS-232 串行端口用于聯(lián)網(wǎng)的 10/100 以太網(wǎng)端口高達(dá) 256 MB 非易失高達(dá) 128 MB RAM器帶有備用電池的實時時鐘模擬與數(shù)字 I/O 以及擴展 I/ONI Singoard RIO 包含以下板載 I/O：110 路 3.3 V/TTL 數(shù)字 I/O 線路多達(dá) 32 路10 V、16 位、250 kS/s 模擬輸入多達(dá)

9、4 路10 V、16 位、100 kS/s 模擬輸出多達(dá) 32 路 24 V 工業(yè)數(shù)字輸入線路多達(dá) 32 路 24 V 工業(yè)數(shù)字輸出線路對于擴展 I/O，最多可以將三塊 C 系列I/O 模塊揑入到每個 Singoard RIO 系統(tǒng)中。C 系列 I/O 具有多種類型，其中包括電壓、電流、熱電偶、RTD、加速度計以及張力計輸入；高達(dá)60 V 同步采樣的模擬I/O；12、24 以及 48 V 工業(yè)數(shù)字 I/O；5 V/TTL 數(shù)字I/O；計數(shù)器/定時器；脈沖發(fā)生；高電壓/電流繼電器。由于這些模塊包含用于較寬電壓范圍或工業(yè)信號類型的內(nèi)置信號調(diào)理，通?？梢灾苯訉 系列模塊連接到傳感器和執(zhí)行器上。由于

10、這些以便滿足的特殊 I/O 應(yīng)用或通信需求。是開放的，您還可以建立自己定制的 I/O 模塊，/chinaNational Instruments路sbRIO-960126664 MB1M110000sbRIO-9602400128 MB2M110000sbRIO-961126664 MB1M1103200sbRIO-9612400128 MB2M1103200sbRIO-963126664 MB1M1103240sbRIO-9632400128 MB2M1103240sbRIO-964126664 MB1M11032432/32sbRIO-9642400128 MB2M11032432/32圖

11、 4：對于 60 多種 C 系列 I/O 與通信模塊，工程師最多可以將三個模塊連接到任何NI Sing RIO 產(chǎn)品中以提高其 I/O 功能，或是構(gòu)建自定制的I/O 模塊。oard可重復(fù)配置 FPGAFPGA 是工程師可以使用 LabVIEW FPGA 工具迚行編程的高性能、可重復(fù)配置的。過去，F(xiàn)PGA 設(shè)計者需要學(xué)習(xí)使用例如 VHDL 等復(fù)雜的設(shè)計語言，才能對FPGA 迚行編程。現(xiàn)在，任何工程師或是科學(xué)家都可以使用圖形化的LabVIEW 工具對 FPGA 迚行編程和定制。使用嵌入在CompactRIO 中的 FPGA 硬件，您可以為模擬和數(shù)字 I/O，實現(xiàn)自定義定時、觸發(fā)、同步、控制以及信號

12、處理。LabVIEW FPGA 作為一個開放的環(huán)境，使您可以集成 VHDL 代碼或是IP。板載實時處理器NI Singoard RIO 產(chǎn)品含有工業(yè)級 266 MHz 或 400 MHz 的 Freescale MPC5200 處理器，能夠在高可靠性的 Wind River VxWorks 實時操作系統(tǒng)上，確定性地執(zhí)行LabVIEW 實時應(yīng)用程序。LabVIEW包含內(nèi)建函數(shù)，用于在 FPGA 以及 CompactRIO系統(tǒng)中的實時處理器之間傳送數(shù)據(jù)。您可以從 600 多個 LabVIEW 內(nèi)建函數(shù)中迚行選擇，建立用于實時控制、分析、數(shù)據(jù)與通信的多線程嵌入式系統(tǒng)，并且，您還可以將現(xiàn)有的 C/C+代碼與 LabVIEW 實時代碼整合在一起，以便節(jié)省開發(fā)時間。應(yīng)用實例由于 NI Singoard RIO 成本低，可靠性高，并且適合于高容量的測量和控制應(yīng)用，您可以用它來解決眾多工業(yè)、應(yīng)用。具體實例包括：醫(yī)用設(shè)備監(jiān)視與控制 機器人與無人車輛控制/chinaNational Instruments機器狀態(tài)監(jiān)視與保護數(shù)據(jù)電率監(jiān)視與功率電子控制/便攜式設(shè)備噪聲、振動、聲振粗