使用LabVIEW和CompactRIO开发腿轮混合式移动机器人
使用LabVIEW进行机器人视觉和目标识别
使用LabVIEW进行机器人视觉和目标识别机器人视觉和目标识别在现代科技领域中扮演着重要的角色。
利用计算机视觉技术，机器人可以通过摄像头等传感器获取图像信息，并通过目标识别算法进行分析和处理。
本文将介绍如何使用LabVIEW这一广泛应用于工业自动化和数据采集的软件来实现机器人视觉和目标识别。
一、LabVIEW介绍LabVIEW是一种基于图形化编程的开发环境，由美国国家仪器公司（National Instruments）开发。
通过LabVIEW，用户可以通过拖拽和连接图形化模块，而不必编写传统的文本代码，从而实现软件开发和系统集成。
在机器人视觉和目标识别领域，LabVIEW提供了丰富的图像处理功能和算法库，方便用户进行图像处理和目标识别。
二、LabVIEW图像处理工具LabVIEW提供了一系列强大的图像处理工具，用于对从摄像头获取的图像进行处理和分析。
其中包括：1. 图像采集和显示模块：LabVIEW通过集成的图像采集模块和显示模块，可以直接从摄像头获取图像，并实时显示在界面上。
这为后续的图像处理提供了基础。
2. 图像滤波和增强模块：LabVIEW提供了常用的图像滤波和增强算法，如均值滤波、高斯滤波、锐化等。
用户可以根据需要选择适当的算法，对图像进行预处理，以消除噪音和增强目标信息。
3. 图像分割和边缘检测模块：LabVIEW提供了图像分割和边缘检测算法，如阈值分割、边缘检测等。
通过这些算法，用户可以将图像分割为不同的区域，并检测出目标的边缘信息，为后续的目标识别提供基础。
4. 特征提取和描述模块：LabVIEW提供了各种常见的特征提取和描述算法，如形状描述子、颜色直方图等。
用户可以根据具体任务选择合适的特征提取算法，并提取出目标的特征向量，用于后续的目标识别和分类。
5. 目标识别和分类模块：LabVIEW提供了多种机器学习和分类算法，如支持向量机、神经网络等。
用户可以通过这些算法，将特征向量与预先训练好的模型进行比对，从而实现对目标的识别和分类。
详解LabVIEW机器人模块软件的机器人算法和API
详解LabVIEW机器人模块软件的机器人算法和API
既是在目前严峻的经济形势下，仍有面向各个新应用领域的机器人不断涌现出来。
在制造业方面，尽管增长速度受到资金的限制，机器人的数量仍在不断增加。
另外，医疗、服务、空间和军事领域等机器人市场也在增长中。
与此同时，曾经是科幻小说素材的消费机器人时代已随着清扫机器人的出现而到来并开始改变我们的日常家庭生活。
LabVIEW机器人模块带有全新的功能完备的“机器人”选板，其中包含了设计下一代机器人控制器所需的全新算法。
这个全新的函数选板包含了从传感器驱动程序直至反向运动学的所有功能。
详情请参考LabVIEW帮助（见下面的链接），了解关于机器人VI的更多信息。
· 利用连接VI与其他机器人软件一起工作，包括例如Cogmation、MobileRobotics、Skilligent以及Microsoft的第三方产品。
· 使用回避障碍物VI，实现移动机器人车辆的回避障碍物功能。
· 使用路径规划VI，在表示机器人周围环境的地图中计算到达目标点的。
机器人设计开发中的三大挑战及相应的应对方法
机器人设计开发中的三大挑战及相应的应对方法关键字：机器人无人驾驶车辆NIWeek机器人设计引言机器人的研究与开发是当今学术界和工业界的热点之一，机器人的发布数量较之过去有明显增长，2010年机器人市场规模预计将达到4700亿美元。
过去人们往往只能在实验室或高科技竞赛中见到机器人的身影，而如今它们已经走入工业应用甚至是普通人的生活中[1]。
现在，机器人应用所覆盖的领域包括无人驾驶车辆、险情救援、个人与服务机器人、医疗机器人、农业与采矿、教育与智力开发等，并且随着科技的发展，机器人的应用领域还在不断扩展。
但是机器人的快速发展也为该领域的研究与开发人员带来了巨大的挑战。
机器人领域的著名科学家DavidBarrett博士（曾任iRobot 公司副总裁、迪士尼梦幻工程公司主管，现任美国Olin学院SCOPE 项目主管，）在2009年NIWeek图形化系统设计会议上总结了当前机器人开发所面临的三大挑战：创造更小、更轻、更强大的电池；创造更小、更轻、更强大的执行机构；需要一个工业级的、并且具有良好兼容性的软件开发平台。
这些挑战也获得了业内其他领导者的响应：Segway思维车的发明人、FIRST机构及DEKA研发公司的创始人DeanKamen表达了对机器人开发中传统嵌入式方法的顾虑；美国国防部地面机器人和自主系统主管EllenPurdy关注于自主系统的进一步标准化和持久性（电池能力）需要；韩国浦项智能机器人研究所的HeeChangMoon博士强调了对于集成的嵌入式系统以及直观式开发软件的需求。
认识到这些挑战，世界各地的业内人士都在努力寻求这些挑战的解决之道：DeanKamen的团队选择NILabVIEW软件和NICompactRIO嵌入式硬件平台用于FIRST项目中的机器人自主控制系统开发；TORC科技公司从传统的编程工具转而使用NILabVIEW软件平台设计其复杂的自主系统，其CEOMichaelFleming在NIWeek会议上特别谈到了TORC如何从功能强大的高级软件中获益，从而有助于简化系统设计中的复杂问题。
LabVIEW与机器人视觉实现智能机器人的感知与控制
LabVIEW与机器人视觉实现智能机器人的感知与控制实现智能机器人的感知与控制是当前科学技术领域研究的热点之一。
在这一领域中，LabVIEW与机器人视觉技术被广泛应用，为智能机器人的感知与控制提供了强大的支持。
本文将就LabVIEW与机器人视觉实现智能机器人的感知与控制进行详细介绍。
一、LabVIEW与机器人视觉技术的基本原理LabVIEW，全称是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench（实验室虚拟仪器工程化平台），是一种高度可扩展的系统设计软件，可以用于测量与控制、自动化测试和监视等领域。
而机器人视觉技术，是指利用机器视觉对机器人进行环境感知、目标识别和位置定位等操作的技术。
LabVIEW与机器人视觉技术的结合，可以实现智能机器人的感知与控制。
LabVIEW作为一个强大的开发平台，提供了丰富的功能库和开发工具，可以方便地进行图像处理和控制算法的开发与调试。
而机器人视觉技术则借助图像采集装置（如摄像头）获取周围环境的图像信息，并通过图像处理算法实现对图像的解析和分析，从而实现对环境和目标的感知。
LabVIEW通过其可视化的编程环境与机器人视觉技术的结合，不仅使得开发过程更加简便高效，还提高了机器人感知与控制的准确性和稳定性。
二、LabVIEW与机器人视觉实现智能机器人的感知智能机器人的感知主要包括环境感知和目标感知两个方面。
环境感知是指机器人对周围环境的感知和识别，目标感知是指机器人对周围目标的感知和识别。
LabVIEW与机器人视觉技术的结合，可以实现智能机器人的感知功能。
1. 环境感知环境感知是指机器人对周围环境的感知和识别。
通过使用LabVIEW搭建的图像处理算法，机器人视觉系统可以对环境中的物体进行分析和识别，并将感知到的环境信息传递给控制系统。
例如，机器人可以通过摄像头获取环境中的图像信息，然后使用LabVIEW进行图像处理，识别出环境中的墙壁、障碍物等，并基于这些信息来规划自己的移动路径。
LabVIEW和cRIO入门
所需软件.................................................................................................................2 所需硬件.................................................................................................................3
数、选板、菜单、工具、属性、方法、事件和对话框等参考信息， 查看
LabVIEW中的机器人视觉和运动控制
LabVIEW中的机器人视觉和运动控制LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一个用于快速设计、构建和部署控制系统的图形化开发环境。
其中，机器人视觉和运动控制是LabVIEW的重要应用领域之一。
本文将介绍LabVIEW中机器人视觉和运动控制的基本原理和应用案例。
一、机器人视觉机器人视觉是利用摄像头、激光雷达等传感器获取环境信息，通过图像处理和模式识别算法实现对目标的识别、定位和跟踪。
在LabVIEW中，可以通过著名的Vision模块实现机器人视觉的开发。
Vision模块提供了一系列丰富的函数和工具，用于图像采集、预处理、特征提取、目标检测等。
通过可视化的编程方式，用户可以方便地构建图像处理流程，并与机器人或其他设备进行实时通信。
例如，在一个工业自动化系统中，需要将机器人定位到指定的物体上进行抓取。
首先，通过摄像头采集实时图像，然后使用Vision模块提供的函数进行图像滤波、边缘检测等预处理操作。
接下来，通过目标检测和跟踪算法，实现对物体的识别和跟踪。
最后，将机器人的运动指令发送给控制系统，实现机器人的精确定位和抓取动作。
二、机器人运动控制机器人运动控制是实现机器人运动路径规划和轨迹跟踪的关键技术。
在LabVIEW中，可以通过Motion模块实现机器人的运动控制。
Motion模块提供了丰富的功能和工具，用于运动控制系统的建模、控制算法的设计、运动轨迹规划等。
借助LabVIEW的图形化编程界面，用户可以直观地设计运动控制系统，并对实时数据进行监测和分析。
以一个机械臂控制为例，实现机器人在三维空间的运动控制。
首先，用户需要使用Motion模块提供的建模工具，创建机器人的运动学和动力学模型。
然后，通过路径规划算法，确定机器人的运动轨迹。
接下来，使用PID控制算法，对机器人的位置和姿态进行控制。
最后，通过与机器人的通信接口，将控制指令发送给机器人控制器，实现机器人的运动。
利用LabVIEW进行机器人视觉导航和路径规划
利用LabVIEW进行机器人视觉导航和路径规划机器人视觉导航和路径规划在现代机器人技术中扮演着重要的角色。
利用图像处理和计算机视觉技术，结合LabVIEW编程平台，可以实现机器人的自主导航和路径规划。
本文将介绍利用LabVIEW进行机器人视觉导航和路径规划的基本原理和实现方法。
一、机器人视觉导航的原理机器人视觉导航是指机器人利用摄像头或激光雷达等传感器获取周围环境的视觉信息，然后根据这些信息进行环境感知和地图构建，最终实现自主导航的能力。
LabVIEW是一款图形化编程软件，可以利用其强大的图像处理功能和丰富的视觉函数库来进行机器人视觉导航的开发。
1. 图像采集与处理首先，利用LabVIEW中的图像采集模块，可以将机器人摄像头获取到的图像数据进行实时的采集和预处理。
LabVIEW提供了各种图像处理函数，如平滑、滤波、边缘检测等，可以对图像进行处理和增强，以提高后续的图像处理效果。
2. 特征提取与目标识别接下来，利用LabVIEW中的图像特征提取算法，可以从预处理后的图像中提取出目标物体的特征信息，如颜色、形状、纹理等。
然后，通过比较提取到的特征与事先建立的目标库进行匹配，可以实现对目标物体的识别和定位。
3. 环境感知与地图构建在识别出机器人周围的目标物体后，利用机器人的运动传感器和里程计等信息，可以获取机器人的当前位置和姿态。
通过不断地获取周围环境的目标物体信息，可以构建出机器人所在环境的地图，以实现对环境的感知和认知。
二、机器人路径规划的原理机器人路径规划是指根据机器人当前位置和目标位置，通过算法计算出机器人的最优路径，以实现自主导航的能力。
LabVIEW提供了多种路线规划算法和路径搜索算法，可以实现机器人路径规划的开发。
1. 地图加载与建模首先，将之前构建的环境地图加载到LabVIEW中，并进行三维建模和地图分割。
LabVIEW提供了强大的三维建模和可视化功能，可以对地图进行可视化展示，并实现对地图的编辑和更新。
cRIO_Brochure
地址：上海市浦东新区张东路 1387 号（张江集电港 2 期）10 幢 02 号 3 楼·电话：（021）68795660 68795665·
VI SERVICE NETWORK
3
平台介绍
CompactRIO 机箱选择列表
机箱型号 cRIO-9101 cRIO-9102 cRIO-9103 cRIO-9104 cRIO-9111 cRIO-9112 cRIO-9113 cRIO-9114 cRIO-9116 cRIO-9118 cRIO-9144 cRIO-9151
实时控制器（Real-Time Controller, RT）
● 内置主频高达 800 MHz 的微处理器和 VxWorks 实时操作 系统
● 系统进程调度完全按照优先级进行，不会“死机” ● 系统确定性、可靠性高，循环周期抖动在微秒量级 ● 内置有高达 2 G 闪存用于数据存储，还可通过 USB 接口、
嵌入式控制器运行 LabVIEW Real-Time，进行确定性控制、数据记录和分析 800 MHz 处理器，4 GB 非易失性存储介质，512 MB DDR2 内存 10/100BaseT 和 10/100/1000BaseT 两种以太网端口，具有配备了远程面板用户界面的嵌入式 Web 服务器和文件服务器 全速 USB 主机端口可连接至 USB 闪存及其他存储设备 RS232 串口用于与外设相连；9 VDC-35 VDC 双电源输入 操作温度范围： -20 °C 到 55 °C 高带宽适于高通道数 CompactRIO 应用 任何一款 NI cRIO-910x 机箱的持续处理能力都可达 50 MB/s 14 米长电缆 笔记本、PXI 或 PC 高速 StarFabric 可连往任何 CompactRIO 可重新配置机箱 9-35 VDC 双电源输入
基于NI LabVIEW机器人起步包建立一个移动式机器人
摆动传感器 ii. 操纵 向量场直方图随摆动传感器检测到的对象而变化。 更新向量场直方图
基于 NI LabVIEW 机器人起步包建立一个移动式机 器人
本入门指南引导你通过使用 NI LabVIEW 机器人起步包建立一个移动式机
器人。该原型使用 LabVIEW
2009、LabVIEW 实时和 FPGA 模块对 NI
sbRIO-9631 设备进行编程。通过本文档，可以学习如何建立一个能在自己的
路径上扫描对象并重新进行路径规划的可移动机器人。
1. 必备部件
产品包括
NI LabVIEW 机器人起步包
sbRIO-9631
嵌入式 FPGA 技术
LabVIEW 2009
LabVIEW 机器人模块 LabVIEW FPGA 模块 LabVIEW 实时模块 24 V 电池充电器 视差超声波传感器 机壳, 两个驱动马达, 行星齿轮系统 2. 软件安装 插入 NI LabVIEW 机器人起步包附带的 DVD 盘，按照屏幕上的指示进行 安装。当你完成安装后，请重启计算机。在此期间，使用件 连接传感器，电源线及路由器网线 a. 将分组的信号线穿过传感器并与接插件连接。 b. 将传感器连接到驱动马达上。 c. 连接电源线并打开 MASTER 开关。 d. 用网线连接路由器和控制板。 II. 运行硬件配置向导 如果向导没有自动启动，请从你的 Windows 开始菜单中打开。按照屏幕 上的指示进行连接并请确认你的硬件设置包含了传感器方位和电机测试。
按照启动向导步骤 1-5，完成硬件配置。 III. 创建新的机器人项目 使用自动启动的机器人项目向导来配置你的机器人项目，在 LabVIEW 启 动画面的新建(Create New)栏目中选择机器人项目(RoboTIcs Project)。 a. 在第一个屏幕上选择机器人起步包(RoboTIcs Starter Kit)，接着选择下 一步。 b. 在第二个屏幕上，输入机器人的 IP 地址。IP 地址可以从硬件配置中获 得，也可以从 NI MAX(Measurement & AutomaTIon Explorer)软件的远程 系统中得到，之后选择下一步进入下一个窗口。 c. 选择一个项目名并将其保存在一个文件夹里。选择完成。 IV. 硬件编程 一旦机器人项目向导完成了项目配置，它会打开 Roaming.vi.，阅读这个 VI 的前面板以确定是否所有的配置都正确。
基于LabVIEW和CompactRIO平台的结构多通道测试系统的开发
具 有极 其重 大 的意 义 ， 结 构 健 康监 测技 术 已经 成
ห้องสมุดไป่ตู้
１ 引 言
重大土木工程 结构 （ 如桥梁 、 电厂 、 水坝、 军 事 设施 、 高 层建 筑 等 ） 在 遭 受 自然 或人 为 灾 害后 ， 对 它们 的健 康 状 况 及 时做 出评 估 是 非 常必 要 的 。 结 构健 康监 测技 术 可 以实 时地监 测 和预 报结 构 的 健康 状 态 ， 及 时 地发 现结 构损 伤 的位 置 和程度 ， 预 测结 构 的性 能变 化 和剩 余 寿 命 ， 并 为结 构 的维 修 维护 决策 提 供依 据 。这对 保 障人 民生 命财 产 安全
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｌａ ｂ ＶＩ ＥＷ ａ ｎ ｄ Ｃｏ ｍｐ ａ ｃ ｔ ＲＩ Ｏ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ，ａ ｍｕ ｈｉ — ｃ ｈａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎｇ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ．Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｕ ｓ ｅ ｓ ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｕｌ ｅ ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈｅ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｓ ｉ ｇ ｎａ ｌ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｍｅ．Ｉ ｔ ｓ ｕ ｐ ｐ ｏ ｔｓ ｒ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｎ ｌ ｉ ｎ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｏ ｒ ｙ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗａ ｓ ｖ ｅ ｒ ｉ ｉｅ ｆ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ．Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｂｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ｃ ｏ ｎｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ｃｏ ｍｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ，ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐｏ ｓ ｅ ｄ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ，ｐｏ ｒ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ，ｏ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ， ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｐａ ｎｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ．Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ａ ｄａ ｐ ｔ ｔ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ．
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使用LabVIEW和CompactRIO开发腿轮混
合式移动机器人
"对于移动机器人的开发来说，其大小，重量及性能都非常重要，因此坚固的模块化CompactRIO系统非常适合用于开发。
LabVIEW和NI硬件之间定义良好的兼容性显著地减少了开发者执行系统集成的时间和精力。
"
- Pei-Chun Lin, Department of Mechanical Engineering, National Taiwan University
The Challenge:
开发一个腿轮混合式移动机器人，使其能在平坦的地势上快速流畅地行驶，也可在天然或人工不平坦的地形上顺利通过。
The Solution:
使用NI LabVIEW和CompactRIO以及各种I / O模块将机械、电子及软件开发快速集成到功能型机器人原型。
图1. Quattroped - 腿轮混合式移动平台
项目背景
腿部和车轮这两种方法在地面运动平台上被广泛采用。
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天然地形上奔驰。
在另一方面，人类发明了平地上专用的运动车轮，其出色的功率效率和在平地上高速的流畅运行是腿部运动无法比拟的。
由此，来自国立台湾大学的仿生机器人实验室（BioRoLa）团队致力于设计一个腿轮混合式机器人，它结合了车轮和腿部的移动性，在平坦和恶劣环境下都能为室内室外行走提供一个移动平台。
机械设计
大多数混合动力平台上不同的轮子和腿都有不同的装置和激励器，相比这些平台，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。
从几何角度来说，一个轮子通常有一个圆形轮圈，而旋转轴则位于轮圈中间。
轮圈与地面接触，而旋转轴与机器人身体上的一点相连，此点就是“髋关节”。
在一般情况下，轮式移动时轮子在平地上运动并不断旋转，车轮与地面的接触点就位于髋关节下的一定距离处。
相对而言，用腿移动时腿部以周期性方式运动，在髋关节和地面接触点之间没有特定的几何配置；因此腿部在运动中的相对位置具有周期性频繁变化的特点。
基于这一观察发现，将髋关节移出圆形轮圈中心并将连续运动模式改为其他运动模式，即能达到轮模式向腿模式的转换。
这激发了我们去设计一种能直接控制圆形轮圈和髋关节的相对位置的模式，从而它既能进行轮运动又能进行腿运动。
由于圆形轮圈是一个二维的对象，实现这一目标的最直接的方法是再增加一个自由度（DOF），沿着运动方向调节髋关节相对圆形轮圈的位置。
两个自由度的运动也互相形成直角。
此外，无论是轮模式还是腿模式都能有效运行同一组的驱动功率。
图2. Quattroped 控制平台结构
机电一体化
我们采用NICompactRIO嵌入式控制系统作为机器人控制器，它包括一个400MHz 的实时处理器和3M现场可编程门阵列（FPGA）。
FPGA直接连接NI C系列I/O模块，这些模块能从载板传感器和激励器获得数据。
对于模拟I/O我们采用NI 9205和NI 9264I/O 模块，对于数字I/O采用NI 9401和NI 9403I/O模块。
FPGA与实时处理器相连，并通过IEEE 802.11无线方式与电脑进行通讯。
机器人传感器包括：马达和功率放大器上用于健康监测的温度传感器；用于电源管理的电压和电流测量传感器；用于腿轮配置校准的霍尔（Hall）效应传感器；用于身体状态测量的6轴惯性制导仪和2轴测斜仪；用于离地间隙测量的3个红外距离传感器。
全球定位系统、视觉和激光测距仪等各种传感器也被用于提高机器人的感应能力。
机器人上的激励器包含8个用于驱动的直流有刷电机，2个用于前腿车轮转动的高扭矩RC伺服电机，用于轮腿切换的四个小型RC伺服电机和四个小型直流有刷电机。
软件
三个运行LabVIEW 的计算核心（PC，实时系统和FPGA）负责不同的任务。
用户操作PC，将高级指令（如机器人应该以轮模式还是腿模式运行）发送到NI CompactRIO 控制器。
控制器以1kHz的循环速率运行，将关于机器人健康的重要信息发送回来，并在
PC上记录状态数据。
机器人软件架构包括各种状态机，每个状态代表一种机器人行为。
其他需要高速信号交换的算法以10 kHz的循环率在FPGA上运行。
包括直流电动机、编码器读数以及基于PWM的RC伺服命令的比例-积分-微分（PID）控制。
机器人通电后，我们进行电机校准，定义机器人每条腿轮上两个活跃自由度的完全几何配置。
通过匹配安装在机器人身体上的霍尔效应传感器和安装在腿轮内部磁铁的相对位置实现校准。
我们可以在腿模式或轮模式下操作经校准过的机器人，这取决于当前RIM配置（即为车轮或半圈腿模式）。
另外，我们也可以通过腿轮转换来改变腿轮配置。
机器人轮模式下的行为包括站立、行驶和入座。
站立和入座为两个瞬态状态，用以过度最初地面配置和行驶行为。
在行驶行为中，前进速度和转弯速率都连续可调。
同样，当机器人在腿模式下运作时，站立和入座行为也属于瞬时状态。
站立起来后的机器人可以执行各种行为，包括步行、小跑、跨步、跨越障碍和爬楼梯。
图3. Quattroped控制FPGA程序框图
NI软硬件的益处
在一般情况下，机器人属于高自由度的复杂系统。
机器人的成功发展需要花费时间和精力来妥善整合各种机械、电气和计算机系统。
来自国立台湾大学BioRoLa团队，主要由拥有机械工程背景的学生组成，他们需要一个可靠、模块化、易于使用及良好集成的平台。
经过广泛的研究，我们发现NI产品能为我们的应用程序提供最佳解决方案，原因如下：LabVIEW为非编程背景的学生提供了直观的图形化流程图表示方法，可以让他们轻松建立过程图并作为解决方案，然后再将过程图转化为软件。
能在Windows，RTOS和基于FPGA的目标上使用相同的图形化开发环境也极其有帮助。
由于开发控制器软件时我们不必花时间学习底层的编程语法，因而能够花更多的时间专注于我们设计的机械部分。
“对于移动机器人的开发来说，其大小，重量及性能都非常重要，因此坚固的模块化CompactRIO系统非常适合用于开发。
LabVIEW和NI硬件之间定义良好的兼容性显著地减少了开发者执行系统集成的时间和精力。
”
未来计划
凭借NI LabVIEW图形化系统设计和NI CompactRIO，一支机械工程学生团队设计出了一个拥有优雅软件构造的复杂机电一体化系统，对于今后的进一步开发扩展也很方便。
在硬件方面，我们正在将各种传感器融合到当前的机电化系统中，以提高机器人的感应能力。
在动作方面，我们正在完善和开发具有闭环控制功能的腿部行为，以提高机器人在各种具有挑战性的地形上的移动能力，并开发其腿部动态步态。