再聊機(jī)器人設(shè)計(jì)：如何加速開發(fā)流程？
01
一套機(jī)械臂系統(tǒng)引發(fā)的思考
此種復(fù)雜的機(jī)械臂控制系統(tǒng)到底如何開發(fā)，如何設(shè)計(jì)？
02
與機(jī)器人相關(guān)的系統(tǒng)開發(fā)流程
比如：我們在設(shè)計(jì)機(jī)器人機(jī)械臂時(shí)，機(jī)械臂驅(qū)動電路已經(jīng)設(shè)計(jì)并制作完成，但小伙伴的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)還未搭建好，我們必須得等小伙伴完成機(jī)械臂結(jié)構(gòu)后才能測試。無形中，也浪費(fèi)了開發(fā)時(shí)長。
那么，如何提升效率、減少時(shí)間和資金，從而加快開發(fā)流程呢？
加快反饋！
在早期進(jìn)行整體設(shè)計(jì)時(shí)，如果可以仿真，在仿真過程中，不斷調(diào)試裝置和系統(tǒng)參數(shù)，多次反饋后得出我們想要的模型，同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)與軟硬件制作，并根據(jù)仿真模型的變動進(jìn)行修改，多階段同時(shí)進(jìn)行，以此來減少開發(fā)時(shí)長以及資金成本。
當(dāng)然，既然要進(jìn)行仿真，要選取哪款軟件呢。
在這之前，我們曾經(jīng)有寫過一篇：
MATLAB R2020a新鮮出爐，我來替各位嘗嘗鮮?。ǔ溄?，點(diǎn)擊即可閱讀）
在這篇文章中，我們有聊過利用MATLAB/Simulink對機(jī)器人運(yùn)動規(guī)劃進(jìn)行仿真。
那么在加速機(jī)器人開發(fā)流程上，MATLAB又會給我們帶來什么驚喜呢？
03
MATLAB如何加速機(jī)器人開發(fā)
在未設(shè)計(jì)出機(jī)械臂硬件系統(tǒng)之前，我們是無法驗(yàn)證算法，其抓取效果以及準(zhǔn)確度，此時(shí)MATLAB即可上場，擔(dān)當(dāng)搭建相關(guān)模型，提前完成仿真測試的重任。
在開篇的腰間機(jī)械臂視頻中，機(jī)械臂有給人遞送工具的應(yīng)用場景，我們以機(jī)械臂抓取物品為例，使用MATLAB模擬仿真該運(yùn)動過程。
在MATLAB中，有較多的機(jī)械臂模型供大家選擇，可供自己的設(shè)計(jì)需求選擇相應(yīng)的機(jī)械臂模型，接下來使用MATLAB對進(jìn)行機(jī)械臂拾放工作流程仿真。
首先，使用Stateflow圖表創(chuàng)建狀態(tài)流程圖，由以下三個(gè)步驟組成：
1、初始化機(jī)器人和環(huán)境
初始化機(jī)械臂模型，并創(chuàng)建其運(yùn)行環(huán)境，初始化相關(guān)參數(shù)配置，建立機(jī)械臂模型。
該環(huán)境由機(jī)械手、用于分類的架子和藍(lán)色障礙物組成。
2、識別零件并確定放置位置
在識別階段的第一步中，必須檢測零件。我們可以直接調(diào)用相關(guān)函數(shù)直接給出待拾放的物體檢測算法，也可以通過我們特定的物體，來設(shè)計(jì)對應(yīng)的物體檢測算法。
接下來，調(diào)用相關(guān)函數(shù)將零件分為兩種類型，以確定放置它們的位置（頂部或底部架子）。
3、執(zhí)行取放工作流程
一旦識別出物品，并指定了它們的目的地，手爪將其拾取，然后移動到目標(biāo)位置。
*詳細(xì)流程如下圖所示：
在完成狀態(tài)流程圖后，就可以運(yùn)行可視化仿真。
通過確定選用MATLAB中提供的機(jī)器人模型，初始相關(guān)參數(shù)配置，完成機(jī)械手的初始配置，建立機(jī)械臂模型。
【案例來自MATLAB官網(wǎng)，該仿真使用帶有手爪的KINOVA GEN3機(jī)械臂模型】
代碼：
調(diào)用函數(shù)，即可將可視化模型連接到前文狀態(tài)流程圖，
coordinator.FlowChart = exampleHelperFlowChartPickPlace（'coordinator'，coordinator）;
輸入下方代碼，可進(jìn)行拾放物體過程仿真：
answer = questdlg('Do you want to start the pick-and-place job now?', ...
'Start job','Yes','No', 'No');
switch answer
case 'Yes'
% Trigger event to start Pick and Place in the Stateflow Chart
coordinator.FlowChart.startPickPlace;
case 'No'
% End Pick and Place
coordinator.FlowChart.endPickPlace;
delete(coordinator.FlowChart);
04
總結(jié)
本文只是淺談了機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)中，通過MATLAB/Simulink的配合使用，我們可以提前驗(yàn)證機(jī)械臂控制算法，同樣的，除開機(jī)器人的機(jī)械臂模型仿真，我們也可以利用Simulink對機(jī)器人的移動控制、視覺等組件進(jìn)行仿真，提前驗(yàn)證我們的控制算法，無需等到相關(guān)硬件制作完成后再驗(yàn)證，可以加快整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)的開發(fā)過程，提升效率。
總的來說，在機(jī)器人開發(fā)上，MATLAB給技術(shù)人員提供了足夠多且友好的開發(fā)工具，并且也涵蓋了多個(gè)demo，供初學(xué)者快速入門。我們可以通過學(xué)習(xí)調(diào)用demo，快速搭建出我們的機(jī)器人各個(gè)組件系統(tǒng)，進(jìn)行仿真測試，無論是機(jī)器視覺，或者機(jī)械臂相關(guān)軟硬件，亦或是移動路徑規(guī)劃等。都可以在MATLAB中找到相應(yīng)的工具包對其進(jìn)行仿真測試。
與此同時(shí)，在基于MATLAB模型設(shè)計(jì)下，我們可以將機(jī)器人系統(tǒng)如此龐大陌生的系統(tǒng)劃分成各個(gè)模塊進(jìn)行組件設(shè)計(jì)，利用Simulink對其組件進(jìn)行仿真測試，使用基于模型設(shè)計(jì)去開發(fā)軟件，我們可以盡早對一個(gè)階段的工作產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)鏈接到后一階段的設(shè)計(jì)。不僅僅是節(jié)省開發(fā)時(shí)間成本和資金成本，并且對于基于模型的設(shè)計(jì)來講，圖形化設(shè)計(jì)是天然的、固有的。
能讓人較為明朗了解設(shè)計(jì)原理以及過程，方便工程師們交流以及后期維護(hù)。
了解更多機(jī)器人解決方案：（復(fù)制到瀏覽器打開）
https://ww2.mathworks.cn/solutions/robotics.html?s_eid=PEP_23450
你可以申請30天免費(fèi)試用工具包：（復(fù)制到瀏覽器打開）
https://ww2.mathworks.cn/campaigns/products/trials.html?s_eid=PEP_23450
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