车载机器人一体化平台上位机系统设计(附件)
摘 要智能机器人的工作能力和效率主要受其运动控制系统所限制，良好的运动控制系统可以大大提高机器人的整体特性。本文旨在设计智能车载机器人一体化平台上位机系统，友好的人机界面以及开放式设计，可以使机器人有高精度以及高稳定的运动控制性能，能够达到对智能车载机器人运动控制的要求。调查研究了一些国内外运动控制系统的现有资料，确定本次的总体设计方案为PC机与控制器相结合，上位机系统将电机控制、现代测控技术、计算机技术等融为一体，硬件与软件相辅相成。通过LabVIEW图形语言，可以进行数据采集、数据处理、波形图显示等，也可以发送指令，实现电机运行方式的转换和控制，达到控制系统的高精度、高稳定性。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2国内外研究概况及发展趋势 2
1.3本论文的主要工作内容 2
第二章 总体方案 4
2.1智能车载机器人一体化平台的需求分析 4
2.2智能车载机器人一体化平台总体设计 5
2.3智能车载机器人一体化平台软件设计 6
2.3.1上位机调试界面设计 6
2.3.2下位机控制方案设计 7
2.3.3 下位机控制程序设计 9
第三章 基于LabVIEW的上位机界面设计 10
3.1界面设计要点 10
3.2程序模块设计 11
3.2.1串口通信设计 11
3.2.2数据处理、存储以及显示模块 12
3.2.3界面展示 13
3.2.4生成安装包 14
第四章 平台实验调试 15
4.1智能车载机器人一体化平台系统 15
4.1.1平台使用流程 15
4.2平台应用实验 16
4.2.1智能车载机器人爬坡 17
4.2.2机械手臂抓取物体 21
结束语 25
致谢 27
参考文献 28
附录 29
第一章 绪论
1.1引言
随着科技进步，机器人发展迅速，它包含了环境感知、动态规划与决策、行为控制与
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
执行等多种功能，将多学科研究成果，如传感器与检测技术、计算机技术、电力电子技术、机械设计、自动化技术与人工智能等结合起来，可以说是机电一体化成就的最高点，是当代科学技术领域非常活跃的领域之一。持续改善机器人的性能，人们在不断扩大其的应用服务范围，在传统工业、国土安全、医疗保障、农业和畜牧业、第三产业等得到广泛应用，甚至在采矿业、搜索和救援、航空航天、核辐射等高风险领域也能经常看到机器人的身影。由于上述机器人的广泛应用，机器人技术得到了全球各地的关注。机器人不仅仅只有单一的一种，根据不同的分类要求，有很多种类，其中智能车载机器人就是一种，它正在逐渐走进人们的生活。智能车载机器人配有多种传感器，通过各种传感器，机器人可以检查周围的环境状况，确定四周围的障碍，自主锁定目标，并避开障碍物，完成机器人的工作，以达到预定的要求。现在市场上的大部分机器人都可以完成一些不复杂的运动，比如说定点折返、避障等，但没有对应的机械手臂，完成物体抓取动作。随着社会的持续发展，智能车载机器人不仅要完成位置运动任务，还要完成搬运、救援等工作，所以将底盘车身与机械手臂组合起来是智能车载机器人的发展趋势，对智能车载机器人一体化平台的研究也有十分重要意义。
在智能车载机器人中，上位机起到主控制作用，在机器人和用户之间架起联系的桥梁，接收用户的指令，向控制器发送相关控制命令，将传感器采集的数据信号处理分析。机器人所有的控制指令都由上位机控制系统发出，机器人上所有的反馈信号也都汇总到上位机控制系统中。监测相关数据，第一需要确保数据信息实时可靠，不能与实际情况相背离。如果采集的数据信息不正确，那就会导致之后的处理、分析等工作无功而返。第二，数据信息的传递工作也要有严谨的计划，数据采集环节需要实时采集，但数据传递可以不要求实时传输，可以根据各自需求，设定合适的传输速度。性能优越的数据监控系统需要和友好的人机界面相结合，对数据信息进行实时采集，经过数据传输系统传送后，进行波形图显示和数据存储、处理、分析。通过虚拟仪器能够满足上述任务要求。虚拟仪器系统概念是对传统仪器概念的重大突破，所谓虚拟仪器，就是在通用计算机系统中，分析自己的功能需要，根据需求分析从而设计仪器的功能，使其能够达到以下性能：当有人在使用操作这一台计算机的时候，让使用者感觉到自己像在使用一台特殊的传统意义中的电子仪器。它是将电子仪器、计算机硬件和软件结合起来，完美融合，是计算机技术与仪器系统技术相结合的产物。
现代测量控制系统中，友好的人机界面、高速的网络通信和优良的实时响应显得越来越重要。在产品测试中，一个优秀的上位机将使过程更加快速、准确。现代监控系统中的嵌入式控制系统将嵌入式控制器、计算机开发软件和通信网络等融合为一体，这样更加高效便捷，对运用有着重大贡献。
1.2国内外研究概况及发展趋势
随着各个领域需求的不断提高，设计人员想了很多方法降低系统成本支出，使系统能够有良好的实时性并能准确无误的收集到数据信息，但不需要大量的人力、物力投入。随着时代的发展，Windows操作平台已经在全球流行起来，将其与虚拟器以及相应的软件结合起来，扩展其工作性能，这样搭建出来的系统完全可以满足绝大多数的测量控制要求，还能进一步降低成本投入。随着科技进步发展，测试模块变得越来越小型化和集成化，传统的专用仪器设备、虚拟仪器以及网络虚拟器技术日新月异，当今时代是虚拟器崛起的时代。根据编程语言种类划分，现在的虚拟仪器开发主要分为两种：一种是发展成熟，早已为大家熟练运用的基于文本编程语言的开发平台（如VC++、Turbo C、VB等）；另一种是刚刚流行的基于图形化编程语言的平台（如LabVIEW），它更加容易学习，大大提高了编程效率。
在国外的一些地区，虚拟仪器的概念刚刚提出来没多久就已经成为了一个新兴产业，而且发展速度迅猛，令人意想不到。虚拟仪器起源于美国，现在美国已经是世界上最大的虚拟仪器制造国，重要的生产厂商有NI、惠普等企业，生产制造上千种的虚拟仪器产品。20世纪90年代，中国开始引进虚拟仪器技术，通过产品应用研究及模仿制造，国内的一些单位也开始生产自己的虚拟仪器，如哈工大仪器王电子公司、成都纵横仪器公司等。随着这些公司对虚拟仪器的开发投入，国内的虚拟仪器产业发展迅速，取得的成就也令人瞩目，国内人们也逐渐开始熟悉虚拟仪器产品，扩大了应用范围。
随着计算机信息技术的迅猛发展，虚拟仪器也紧随其后，遍地开花。根据时代要求，虚拟仪器将会更加规范、灵活，今后，它能够十分方便的构成各种仪器。虚拟测试仪器软件将以图形化编程为主，而它的硬件部分则会更加的微型化、模块化、多样化。计算机软件是这个信息时代发展的重点，更是虚拟仪器发展的关键，随着社会进步，虚拟仪器技术必将突飞猛进，在人们的生活、生产中大放异彩。
目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2国内外研究概况及发展趋势 2
1.3本论文的主要工作内容 2
第二章 总体方案 4
2.1智能车载机器人一体化平台的需求分析 4
2.2智能车载机器人一体化平台总体设计 5
2.3智能车载机器人一体化平台软件设计 6
2.3.1上位机调试界面设计 6
2.3.2下位机控制方案设计 7
2.3.3 下位机控制程序设计 9
第三章 基于LabVIEW的上位机界面设计 10
3.1界面设计要点 10
3.2程序模块设计 11
3.2.1串口通信设计 11
3.2.2数据处理、存储以及显示模块 12
3.2.3界面展示 13
3.2.4生成安装包 14
第四章 平台实验调试 15
4.1智能车载机器人一体化平台系统 15
4.1.1平台使用流程 15
4.2平台应用实验 16
4.2.1智能车载机器人爬坡 17
4.2.2机械手臂抓取物体 21
结束语 25
致谢 27
参考文献 28
附录 29
第一章 绪论
1.1引言
随着科技进步，机器人发展迅速，它包含了环境感知、动态规划与决策、行为控制与
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
执行等多种功能，将多学科研究成果，如传感器与检测技术、计算机技术、电力电子技术、机械设计、自动化技术与人工智能等结合起来，可以说是机电一体化成就的最高点，是当代科学技术领域非常活跃的领域之一。持续改善机器人的性能，人们在不断扩大其的应用服务范围，在传统工业、国土安全、医疗保障、农业和畜牧业、第三产业等得到广泛应用，甚至在采矿业、搜索和救援、航空航天、核辐射等高风险领域也能经常看到机器人的身影。由于上述机器人的广泛应用，机器人技术得到了全球各地的关注。机器人不仅仅只有单一的一种，根据不同的分类要求，有很多种类，其中智能车载机器人就是一种，它正在逐渐走进人们的生活。智能车载机器人配有多种传感器，通过各种传感器，机器人可以检查周围的环境状况，确定四周围的障碍，自主锁定目标，并避开障碍物，完成机器人的工作，以达到预定的要求。现在市场上的大部分机器人都可以完成一些不复杂的运动，比如说定点折返、避障等，但没有对应的机械手臂，完成物体抓取动作。随着社会的持续发展，智能车载机器人不仅要完成位置运动任务，还要完成搬运、救援等工作，所以将底盘车身与机械手臂组合起来是智能车载机器人的发展趋势，对智能车载机器人一体化平台的研究也有十分重要意义。
在智能车载机器人中，上位机起到主控制作用，在机器人和用户之间架起联系的桥梁，接收用户的指令，向控制器发送相关控制命令，将传感器采集的数据信号处理分析。机器人所有的控制指令都由上位机控制系统发出，机器人上所有的反馈信号也都汇总到上位机控制系统中。监测相关数据，第一需要确保数据信息实时可靠，不能与实际情况相背离。如果采集的数据信息不正确，那就会导致之后的处理、分析等工作无功而返。第二，数据信息的传递工作也要有严谨的计划，数据采集环节需要实时采集，但数据传递可以不要求实时传输，可以根据各自需求，设定合适的传输速度。性能优越的数据监控系统需要和友好的人机界面相结合，对数据信息进行实时采集，经过数据传输系统传送后，进行波形图显示和数据存储、处理、分析。通过虚拟仪器能够满足上述任务要求。虚拟仪器系统概念是对传统仪器概念的重大突破，所谓虚拟仪器，就是在通用计算机系统中，分析自己的功能需要，根据需求分析从而设计仪器的功能，使其能够达到以下性能：当有人在使用操作这一台计算机的时候，让使用者感觉到自己像在使用一台特殊的传统意义中的电子仪器。它是将电子仪器、计算机硬件和软件结合起来，完美融合，是计算机技术与仪器系统技术相结合的产物。
现代测量控制系统中，友好的人机界面、高速的网络通信和优良的实时响应显得越来越重要。在产品测试中，一个优秀的上位机将使过程更加快速、准确。现代监控系统中的嵌入式控制系统将嵌入式控制器、计算机开发软件和通信网络等融合为一体，这样更加高效便捷，对运用有着重大贡献。
1.2国内外研究概况及发展趋势
随着各个领域需求的不断提高，设计人员想了很多方法降低系统成本支出，使系统能够有良好的实时性并能准确无误的收集到数据信息，但不需要大量的人力、物力投入。随着时代的发展，Windows操作平台已经在全球流行起来，将其与虚拟器以及相应的软件结合起来，扩展其工作性能，这样搭建出来的系统完全可以满足绝大多数的测量控制要求，还能进一步降低成本投入。随着科技进步发展，测试模块变得越来越小型化和集成化，传统的专用仪器设备、虚拟仪器以及网络虚拟器技术日新月异，当今时代是虚拟器崛起的时代。根据编程语言种类划分，现在的虚拟仪器开发主要分为两种：一种是发展成熟，早已为大家熟练运用的基于文本编程语言的开发平台（如VC++、Turbo C、VB等）；另一种是刚刚流行的基于图形化编程语言的平台（如LabVIEW），它更加容易学习，大大提高了编程效率。
在国外的一些地区，虚拟仪器的概念刚刚提出来没多久就已经成为了一个新兴产业，而且发展速度迅猛，令人意想不到。虚拟仪器起源于美国，现在美国已经是世界上最大的虚拟仪器制造国，重要的生产厂商有NI、惠普等企业，生产制造上千种的虚拟仪器产品。20世纪90年代，中国开始引进虚拟仪器技术，通过产品应用研究及模仿制造，国内的一些单位也开始生产自己的虚拟仪器，如哈工大仪器王电子公司、成都纵横仪器公司等。随着这些公司对虚拟仪器的开发投入，国内的虚拟仪器产业发展迅速，取得的成就也令人瞩目，国内人们也逐渐开始熟悉虚拟仪器产品，扩大了应用范围。
随着计算机信息技术的迅猛发展，虚拟仪器也紧随其后，遍地开花。根据时代要求，虚拟仪器将会更加规范、灵活，今后，它能够十分方便的构成各种仪器。虚拟测试仪器软件将以图形化编程为主，而它的硬件部分则会更加的微型化、模块化、多样化。计算机软件是这个信息时代发展的重点，更是虚拟仪器发展的关键，随着社会进步，虚拟仪器技术必将突飞猛进，在人们的生活、生产中大放异彩。
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