基于LabVIEW的遥控车

序号：20110505 Array编码：
南京邮电大学第十三届“创新杯”
大学生课外学术科技作品竞赛
作品研究报告
作品名称：基于LabView的机器人控制平台院（系）全称：自动化学院
申报者姓名
（集体名称）：Dragoon Lance
类别：
□自然科学类学术论文
□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文
□科技发明制作A类
□科技发明制作B类
说明
1．申报者应在认真阅读此说明各项内容后按要求详细填写。

2．申报者在填写申报作品情况时只需根据个人项目或集体项目填写A1或A2表(集体项目限报四人，三人以上作者或者三人作者但无法区分主作者时须申报集体项目)，根据作品类别（自然科学类学术论文、哲学社会科学类社会调查报告和学术论文、科技发明制作）分别填写B1、B2或B3表。

所有申报者可根据情况填写C表。

3．表内项目填写时一律用钢笔或打印，字迹要端正、清楚，此申报书可复制。

4．序号、编码按照南京邮电大学第十二届“创新杯”大学生课外学术科技作品竞赛组委会要求请由院系统一填写。

5．学术论文、社会调查报告及所附的有关材料必须是中文（若是外文，请附中文本），请以4号楷体打印在A4纸上，附于申报书后，学术论文及有关材料在8000字以内，社会调查报告在15000字以内（文章版面尺寸14.5×22cm左右）。

6．作品申报需按要求由各院系统一报送。

7．所有参赛作品必须按规定时间报送。

8．有关参赛事宜请向组委会办公室咨询。

9．报送地址：大学生活动中心校团委216办公室
联系人：凌海峰
联系电话：85866318
10．本表复印有效。

基于LabVIEW的机器人控制平台作品研究报告
作者：温加睿，袁少凯，刘力铭，陈昊骅
一、引言
随着社会信息化和工业自动化的发展，许多智能技术被广泛得运用到生活、科技竞赛甚至军事领域之中。

在一些有安全隐患和人工操作困难或者地形复杂的地方，机器人或类机器人便可替代人工去很好得完成任务。

将无线遥控技术运用到机器人身上不仅可以更加出色有效得完成那些人工难以完成的任务，而且可以极大得保证人的安全，避免那些不必要的伤害。

为此我们萌生了一个建立一个基于上位机的机器人控制平台，以提供一个可方便远程控制、调试机器人工具。

我们的基本思路是上位机发出数据传输到介于上位和下位机之间的命令确认端，再由无线模块发送命令数据到下位机，下位机将数据处理后做出相应的动作,并向上位机反馈传感器的数据。

而机器人控制平台由NI公司的强大的虚拟仪器软件LabVIEW编写。

二、整体设计
2.1.系统功能
系统最终实现功能如下:
1.通过电脑键盘按键控制机器人的移动，机械手的运动
2.在上位机上显示机器人的摄像头的图像
3.在上位机上显示机器人周边的三维视图，并且机器人的状
态在三维视图中能实时显示
2.2．系统设计方案
该机器人控制平台主要由软件上位机以及机器人实体组成：软件上位机由LabVIEW图形化编程软件编写
机器人采用履带式小车底盘，搭载二自由度机械手，其控制芯
片为freescale 9S12
软件上位机供控制者使用，通过无线串口发送控制指令，机器人在一个实地的场景中运动。

三、系统软件设计
3.1 LabVIEW介绍：
LabVIEW是科学研究和工程领域的强大、高效的图形开发环境。

LabVIEW从根本上改变了人们所习惯的、传统的编写代码方式，取而代之的是使用图形化编程，使得整个编程过程变得更加高效，方便，使程序设计者能够更加专注于应用程序的设计，而不用担心语法，指针是否使用正确，打打降低了程序设计的复杂度，减少了编程时间、缩短开发周期、降低开发成本。

LabVIEW是功能强大的自动化测试工具，并且是进行工程设计、开发、分析和仿真试验的最佳软件系统，现在已经广泛应用在汽车、电子、化工、生物及生命科学、航空、航天等许多领域。

无论是否有相关经验，工程师和科学家都能迅速、经济地利用LabVIEW测量与控制硬件、分析数据、共享成果，并集成第三方设计和仿真。

所以在这次机器人的设计中，我们首选LabVIEW进行软件开发，把系统架构的通过简练的图形框图表现出来，把我们的设计思路完整的
复现，在极大的程度上加速了开发的进度，是我们的机器人的开发更加简单、高效。

3.2 上位机外观特点：
上位机控制界面界面美观而简洁，通过提供前方的摄像头图像以及全方位仿真的三维图像，由此达到较高的可视性与交互性，在方便控制者进行操作的同时，统领全局，运筹帷幄，达到亲临其景的效果，如同玩游戏一样，既有科学性又富趣味性。

右图为机器人运作场地的三维
视图
下图为机器人摄像头采集的图
像
3.3 主要算法与技术关键：
3.3.1.改进控制指令的相应速度：
通过在上位机程序架构中使用改进的基于状态机与消息的生产者与消费者循环，通过生产者循环不断检测键盘输入信号进行动作分析，数据打包放入一个队列中，由消费者循环不断取出，并且在取出动作执行后立刻清空队列，保持发送的数据都是最新的指令，在排除了键盘误操作的同时节省软件消耗的系统资源。

生产者与消费者程序架构
消费者信号处理程序框图
3.3.2.实时的三维仿真视图的实现：
通过labVIEW友好的交互性，调用第三方软件rhinoceros制作的三维图形，以及windows自带的API函数，再通过在上位机程序中建立每个三维图形适当的继承关系，只要相对简明的程序就可以快速搭建简单机器人的仿真环境，利用从无线接收回来传感器的反馈数据，校正机器人的位置，以此来描述机器人在三维视图中的自由运动。

三维视图设计界面（实物场景仿照三维视图环境搭建）
上图为LabVIEW中场景建筑对地面的继承）
3.3.3.上位机与下位机的信息通信的实现：
采用了XL02-232AP1微功率无线透明传输模块把上位机产生的数据发送给机器人，同时把机器人搭载的传感器数据反馈给上位机。

在这个过程中，我们分析了上位机发送信息的种类，进行筛选，得到最有
效的控制信息并编码为一个8位的字符型数据，通过下位机解码成不
同的动作。

同样下位机的数据也是经过压缩才传送回来。

这样子数据简单，有效，控制及时。

（关于无线传输部分详见系统硬件设计）3.3.4软件结构层次图
四、系统硬件设计
五、总结
参考文献
bVIEW编程样式电子工业出版社 2009.6
bVIEW宝典电子工业出版社 2011.3
3.我和LabVIEW 北京航空航天大学出版社 2009.9
4.Freescale9S12十六位单片机及嵌入式开发技术机械工业出版社 2008.5。