利用NI LabVIEW和视觉硬件在国际的机器人赛场获得胜利

　　数百万工程师和科学家可使用NI LabVIEW图形化编程环境，借由直观的图标和连线，开发复杂且类似流程图的测量、测试和控制系统。 它既能无可比拟地集成数千款硬件设备，也能通过上百个内置库实现分析和数据的可视化--两者都能创建虚拟仪器。 NI LabVIEW平台可在多种终端和操作系统中扩展，并且自1986年推出便成为行业。

　　方提斯应用科技大学"谷神星"正通过一片玉米地

　　作者：

　　Frank van Gennip - Fontys University of Applied Sciences, The Netherlands

　　Ben van Seggelen - Fontys University of Applied Sciences, The Netherlands

　　Bart Bouten - Fontys University of Applied Sciences, The Netherlands

　　Daan Verstegen - Fontys University of Applied Sciences, The Netherlands

　　Erik Hoedemaekers - Fontys University of Applied Sciences, The Netherlands

　　Jeroen van de Mortel - Fontys University of Applied Sciences, The Netherlands

　　Rik Boonen - Fontys University of Applied Sciences, The Netherlands

　　行业：

　　大学/教育， 机器视觉/成像设备， 机电学/ 电工学

　　产品：

　　LabVIEW Real-Time Module, NI EVS-1463RT, LabVIEW Vision Development Module, LabVIEW

　　挑战：

　　为了和具有不同编程技能水平的团队成员一起快速开发自治机器人系统，以便迅速、准确执行《2010年田地机器人竞赛》的复杂任务。

　　解决方案：

　　借助National Instruments的LabVIEW和嵌入式视觉系统，使用多核并行循环程序设计，制造必将获得比赛胜利的机器人。

　　LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在 LabVIEW [2]中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。

　　来自方提斯应用科技大学工程系的大三学生接受了在四个月时间内从头开始开发机器人的挑战，以便参加在德国不伦瑞克市举办的《2010年田地机器人竞赛》。《田地机器人竞赛》是一个泛欧洲的比赛，由来自欧洲主要大学的20个团队参加。每个团队将建造一台机器人，以执行以下三项关键任务：

　　1. 在三分钟时间内尽可能远距离独立行驶通过长线型、道路弯曲的玉米地行。

　　2. 在宽达1米间隙的两行直线型玉米地行之间导航，于三分钟时间内尽可能远地行驶。

　　3. 探测玉米秆之间的种子、洒水或者对种子进行有效处理。

　　机器人开发

　　我们把机器人命名为谷神星，谷神星包括两个用于为四个车轮提供动力的马达以及两个用于方向控制的马达。因为机器人的倒车与向前驱动完全一样，从而简化了软件开发。

　　我们选择LabVIEW实时模块和National Instruments的嵌入式视觉系统，从头开始制造谷神星。视觉系统是一个运行实时OS的嵌入式强固型计算机。我们在嵌入式系统上安装了一个IEEE 1394彩色摄像机，它朝向一个安装好的抛物面镜并且提供机器人周围区域360度景象。通过这种方法，我们用一台摄像机就可以探测机器人周围的物体，极大简化了信号监控和处理。

　　可以进行并行处理障碍探测和路径规划的LabVIEW

　　LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显着区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件！现在的图形化主要是上层的系统，国内现在已经开发出图形化的单片机编程系统

　　在2009年的竞赛中，我们的机器人基于安装有Linux系统的计算机并且使用ANSI C算法。但是今年我们想要在较短的时间内开发出具有更复杂的功能（与ANSI C算法相比较）的代码。

　　对于2010年的竞赛，我们选择LabVIEW图形化系统设计软件进行更快、更容易地开发。没有程序设计经验的团队成员同样可以借助LabVIEW GUI毫不费力地对项目做出贡献。我们还使用LabVIEW 在代码中实施并行处理，无需并行程序设计方面的大量经验。

　　LabVIEW中的实时处理和视觉整合还能够确保比以往更加无缝的程序设计，节省了短期开发窗口的珍贵时间。我们还在原型开发期间使用网络摄像机，因此我们可以在获得机器人硬件之前开发代码。

　　摄像机可以获得30每秒帧数的图像， LabVIEW视觉开发模块可以覆盖弯曲的感兴趣区域（ROI）并且采用过度绿色滤波器。为了提高计算速度，我们采用LabVIEW 2009中的新增特性 -- 并行For循环，在不同处理器核上自动划分For循环迭代，从而通过多线程处理器可以同时处理For循环的单个迭代。通过累积直方图，软件程序可以搜索玉米植株的边缘并且相应控制机器人的行驶方向。

　　结果

　　借助LabVIEW,我们制造了一个可以比其他软件更快、更好执行竞赛任务并且更加容易操作的机器人。在《田地机器人竞赛》中，谷神星在三项比赛中和16个团队的机器人展开竞争并且赢得了其中两项比赛的名，从而获得了整体奖项。机器人在项比赛中表现得特别好，其行使速度比第二名快了三倍。