使用LabVIEW和CompactRIO开发腿轮混合式移动机器人人物工控运动控制技术实践
项目背景：腿部和车轮是两种在地面运动平台上被广泛应用的方法。经过漫长的演变过程，大多数陆地动物的腿部都灵活有力，并能够快速顺畅地在不平坦的地形上奔驰。另一方面，人类发明了专用于平地上的车轮，它们出色的功率效率和在平地上的高速运行是腿部运动无法比拟的。因此，来自国立大学仿生机器人实验室（BioRoLa）团队致力于设计一个结合了车轮和腿部移动性的混合式机器人，以便在各种环境中为室内外行走提供一个移动平台。
机械设计：不同于其他混合动力平台，这款名为Quattroped的腿轮混合式移动机器人采用了一种转换机制，可将自身特定的一部分变形成为一个轮子或一条腿。这一转换机制允许髋关节移出圆形轮圈中心，从而实现从轮模式向腿模式的转换。这种直接控制圆形轮圈与髋关节相对位置变化的方式，使得它既能进行旋转运动又能进行周期性伸缩运动。
机电一体化：我们采用NI CompactRIO嵌入式控制系统作为本次项目，它包括一个400MHz实时处理器和3M FPGA。在FPGA中，我们连接了NI C系列I/O模块，这些模块可以接收数据来自载板传感器和激励器。此外，我们还使用温度传感器监测马达健康、电压电流测量传感器管理电源、霍尔效应传感器校准腿腕配置以及惯性导航仪等设备来提高机器人的性能。
软件开发：我们的软件架构包括状态机，每个状态代表一种特定的行为。而对于PID控制算法，我们以10kHz循环率在FPGA上运行，确保了高精度、高响应速度。此外，由于LabVIEW图形化界面，便利非编程背景学生使用，而同样的开发环境支持Windows, RTOS, 和基于FPGA目标，因此减少了学习成本并增强了整合能力。
未来计划：我们计划通过融合更多传感技术提升自动识别能力，并完善闭环控制功能以适应复杂地貌。此外，将继续探索新型步态动作，以提升灵活性与稳定性，为未来的扩展打下坚实基础。
