數(shù)百萬工程師和科學(xué)家可使用NI LabVIEW圖形化編程環(huán)境，借由直觀的圖標(biāo)和連線，開發(fā)復(fù)雜且類似流程圖的測量、測試和控制系統(tǒng)。 它既能無可比擬地集成數(shù)千款硬件設(shè)備，也能通過上百個內(nèi)置庫實現(xiàn)分析和數(shù)據(jù)的可視化--兩者都能創(chuàng)建虛擬儀器。 NI LabVIEW平臺可在多種終端和操作系統(tǒng)中擴(kuò)展，并且自1986年推出便成為行業(yè)。

　　方提斯應(yīng)用科技大學(xué)"谷神星"正通過一片玉米地

　　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

　　行業(yè)：

　　大學(xué)/教育， 機(jī)器視覺/成像設(shè)備， 機(jī)電學(xué)/ 電工學(xué)

　　產(chǎn)品：

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

　　挑戰(zhàn)：

　　為了和具有不同編程技能水平的團(tuán)隊成員一起快速開發(fā)自治機(jī)器人系統(tǒng)，以便迅速、準(zhǔn)確執(zhí)行《2010年田地機(jī)器人競賽》的復(fù)雜任務(wù)。

　　解決方案：

　　借助National Instruments的LabVIEW和嵌入式視覺系統(tǒng)，使用多核并行循環(huán)程序設(shè)計，制造必將獲得比賽勝利的機(jī)器人。

　　LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在 LabVIEW [2]中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對前面板上的對象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。

　　來自方提斯應(yīng)用科技大學(xué)工程系的大三學(xué)生接受了在四個月時間內(nèi)從頭開始開發(fā)機(jī)器人的挑戰(zhàn)，以便參加在德國不倫瑞克市舉辦的《2010年田地機(jī)器人競賽》。《田地機(jī)器人競賽》是一個泛歐洲的比賽，由來自歐洲主要大學(xué)的20個團(tuán)隊參加。每個團(tuán)隊將建造一臺機(jī)器人，以執(zhí)行以下三項關(guān)鍵任務(wù)：

　　1. 在三分鐘時間內(nèi)盡可能遠(yuǎn)距離獨立行駛通過長線型、道路彎曲的玉米地行。

　　2. 在寬達(dá)1米間隙的兩行直線型玉米地行之間導(dǎo)航，于三分鐘時間內(nèi)盡可能遠(yuǎn)地行駛。

　　3. 探測玉米稈之間的種子、灑水或者對種子進(jìn)行有效處理。

　　機(jī)器人開發(fā)

　　我們把機(jī)器人命名為谷神星，谷神星包括兩個用于為四個車輪提供動力的馬達(dá)以及兩個用于方向控制的馬達(dá)。因為機(jī)器人的倒車與向前驅(qū)動完全一樣，從而簡化了軟件開發(fā)。

　　我們選擇LabVIEW實時模塊和National Instruments的嵌入式視覺系統(tǒng)，從頭開始制造谷神星。視覺系統(tǒng)是一個運行實時OS的嵌入式強(qiáng)固型計算機(jī)。我們在嵌入式系統(tǒng)上安裝了一個IEEE 1394彩色攝像機(jī)，它朝向一個安裝好的拋物面鏡并且提供機(jī)器人周圍區(qū)域360度景象。通過這種方法，我們用一臺攝像機(jī)就可以探測機(jī)器人周圍的物體，極大簡化了信號監(jiān)控和處理。

　　可以進(jìn)行并行處理障礙探測和路徑規(guī)劃的LabVIEW

　　LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。它主要的方便就是，一個硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！現(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)，國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出圖形化的單片機(jī)編程系統(tǒng)

　　在2009年的競賽中，我們的機(jī)器人基于安裝有Linux系統(tǒng)的計算機(jī)并且使用ANSI C算法。但是今年我們想要在較短的時間內(nèi)開發(fā)出具有更復(fù)雜的功能（與ANSI C算法相比較）的代碼。

　　對于2010年的競賽，我們選擇LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計軟件進(jìn)行更快、更容易地開發(fā)。沒有程序設(shè)計經(jīng)驗的團(tuán)隊成員同樣可以借助LabVIEW GUI毫不費力地對項目做出貢獻(xiàn)。我們還使用LabVIEW 在代碼中實施并行處理，無需并行程序設(shè)計方面的大量經(jīng)驗。

　　LabVIEW中的實時處理和視覺整合還能夠確保比以往更加無縫的程序設(shè)計，節(jié)省了短期開發(fā)窗口的珍貴時間。我們還在原型開發(fā)期間使用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，因此我們可以在獲得機(jī)器人硬件之前開發(fā)代碼。

　　攝像機(jī)可以獲得30每秒幀數(shù)的圖像， LabVIEW視覺開發(fā)模塊可以覆蓋彎曲的感興趣區(qū)域（ROI）并且采用過度綠色濾波器。為了提高計算速度，我們采用LabVIEW 2009中的新增特性 -- 并行For循環(huán)，在不同處理器核上自動劃分For循環(huán)迭代，從而通過多線程處理器可以同時處理For循環(huán)的單個迭代。通過累積直方圖，軟件程序可以搜索玉米植株的邊緣并且相應(yīng)控制機(jī)器人的行駛方向。

　　結(jié)果

　　借助LabVIEW,我們制造了一個可以比其他軟件更快、更好執(zhí)行競賽任務(wù)并且更加容易操作的機(jī)器人。在《田地機(jī)器人競賽》中，谷神星在三項比賽中和16個團(tuán)隊的機(jī)器人展開競爭并且贏得了其中兩項比賽的名，從而獲得了整體獎項。機(jī)器人在項比賽中表現(xiàn)得特別好，其行使速度比第二名快了三倍。