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　　FIRST與NI協(xié)力開(kāi)發(fā)新一代機(jī)器人掌控技術(shù)

　　國(guó)際金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國(guó)機(jī)器人行業(yè)典型研討會(huì)

FIRST (For Inspiration and Recognition of Science and Technology，引導(dǎo)及認(rèn)識(shí)自然科學(xué)技術(shù))是技師、發(fā)明家Dean Kamen先生于1989年創(chuàng)立的兩個(gè)非營(yíng)利性組織，目的是激發(fā)青少年成為自然科學(xué)技術(shù)的未來(lái)領(lǐng)袖。FIRST 將小學(xué)生們吸引到令人激動(dòng)的機(jī)器人體育競(jìng)技中，小學(xué)生工程項(xiàng)目組在專(zhuān)精指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下進(jìn)行繁雜的機(jī)器人掌控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。工程項(xiàng)目結(jié)合了微積分、工程建設(shè)學(xué)和技術(shù);引導(dǎo)創(chuàng)新;培養(yǎng)全方位的潛能，主要包括斗志、交流及創(chuàng)新力。目前，已有將近200,000名來(lái)自世界各地的小學(xué)生重新加入到FIRST工程項(xiàng)目中。重新加入到該組織往往會(huì)改變兩個(gè)人的人生，因?yàn)镕IRST 小學(xué)生相比同年齡小學(xué)生更多地取得了工程建設(shè)、自然科學(xué)或微積分學(xué)位，并繼續(xù)順利完成研究生自學(xué)。

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　　FRC工程項(xiàng)目組打造的機(jī)器人必須應(yīng)付現(xiàn)實(shí)生活世界中的設(shè)計(jì)考驗(yàn)，能順利完成諸如繪圖和多感應(yīng)器數(shù)據(jù)采集等繁雜任務(wù)。

FIRST 工程項(xiàng)目由各個(gè)不同級(jí)別的體育競(jìng)技組成，針對(duì)從小學(xué)到高中學(xué)校的小學(xué)生。最高級(jí)別的是FIRST 機(jī)器人體育競(jìng)技(FRC)，這是一項(xiàng)獨(dú)特的“青年小學(xué)生頭腦運(yùn)動(dòng)”，協(xié)助年輕人開(kāi)發(fā)興趣并從工程建設(shè)和研究過(guò)程中贏得投資回報(bào)。FRC向小學(xué)生和指導(dǎo)老師，一般為專(zhuān)精技師發(fā)出考驗(yàn)，明確要求在五周內(nèi)選用標(biāo)準(zhǔn)"Kit of Parts"及通用的準(zhǔn)則來(lái)化解繁雜的問(wèn)題。工程項(xiàng)目組順利完成設(shè)計(jì)并修建機(jī)器人來(lái)滿足用戶每屆體育競(jìng)技的特定考驗(yàn)。

　　FIRST重新定義了獲勝的條件，因?yàn)樾W(xué)生們已從出色的設(shè)計(jì)、工程項(xiàng)目組精神、專(zhuān)精技能和成熟、和齊心協(xié)力的潛能等方面贏得了投資回報(bào)。此時(shí)贏得更高的分?jǐn)?shù)已經(jīng)成為次要的了。

　　艱難的設(shè)計(jì)限制充分反映了工業(yè)考驗(yàn)

設(shè)計(jì)和修建FRC機(jī)器人是兩個(gè)段令人激動(dòng)的體驗(yàn)，它真實(shí)地充分反映了現(xiàn)實(shí)生活世界中的工程建設(shè)工程項(xiàng)目。每月，小學(xué)生們必須化解機(jī)器人設(shè)計(jì)中的機(jī)械設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)、程式設(shè)計(jì)等問(wèn)題。所有FRC工程項(xiàng)目組只擁有有限的資金，僅有五周有限的時(shí)間，因此每月須要滿足用戶不同的設(shè)計(jì)明確要求，須要快速自學(xué)新“Kit of Parts”。比方說(shuō)，2009年的體育競(jìng)技中，明確要求工程項(xiàng)目組設(shè)計(jì)可行進(jìn)于低空氣阻力表面，同時(shí)收集目標(biāo)物的機(jī)器人。幾乎所有工程項(xiàng)目組都將機(jī)器人程序程式設(shè)計(jì)為獨(dú)立自主式或控制桿操作方式商業(yè)模式的。有經(jīng)驗(yàn)的工程項(xiàng)目組甚至軟件系統(tǒng)了各類(lèi)感應(yīng)器和鞭策器，如電機(jī)馬達(dá)和探頭。

　　FRC機(jī)器人須要新的大腦

在2007和2008年，他們開(kāi)始計(jì)劃選用新一代工業(yè)技術(shù)來(lái)升級(jí)FRC掌控技術(shù)，在體育競(jìng)技中不斷考驗(yàn)參賽選手小學(xué)生。他們期望小學(xué)生能碰觸大學(xué)甚至將來(lái)職業(yè)中廣為使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。此外，他們期望找到兩個(gè)靈活的PDP設(shè)計(jì)平臺(tái)，提供更多硬件輔助工具之間的緊密軟件系統(tǒng)性。掌控系統(tǒng)還須要能軟件系統(tǒng)各類(lèi)I/O和感應(yīng)器，因此在體育競(jìng)技環(huán)境的操作方式中足夠耐用。參照機(jī)器人的繁雜特性和較長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)時(shí)間，以上所有明確要求都是非常必要的。

　　FIRST 優(yōu)先選擇美國(guó)國(guó)家儀器公司作為友好密切合作

他們選用美國(guó)國(guó)家儀器公司的CompactRIO平臺(tái)作為新一代FRC 掌控器，或稱(chēng)為機(jī)器人掌控技術(shù)的“大腦”。透過(guò)與NI的密切合作，他們向高后生提供更多了高性能掌控設(shè)備，主要包括400 MHz PowerPC和如前所述現(xiàn)場(chǎng)可程式設(shè)計(jì)電子電路(FPGA)的I/O。CompactRIO模組化 I/O掌控系統(tǒng)提供更多了與感應(yīng)器、鞭策器偵測(cè)器的連接性，功能強(qiáng)大的視覺(jué)處理潛能，協(xié)助小學(xué)生創(chuàng)建高級(jí)機(jī)器人掌控系統(tǒng)。參賽選手工程項(xiàng)目組能透過(guò)新一代技術(shù)開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)掌控和全獨(dú)立自主掌控系統(tǒng)的機(jī)器人，主要包括用于更多體育競(jìng)技中掌控和精確設(shè)計(jì)的無(wú)線監(jiān)視及仿真技術(shù)。小學(xué)生可以透過(guò) LabVIEWGUI程式設(shè)計(jì)軟件或ANSI C/C++語(yǔ)言在如前所述CompactRIO的平臺(tái)上對(duì)機(jī)器人進(jìn)行程式設(shè)計(jì)。

　　NI提供更多獨(dú)特的硬件組合的平臺(tái)可應(yīng)付繁雜的機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。例如，每月的考驗(yàn)中都包含部分獨(dú)立自主掌控操作方式，參賽選手工程項(xiàng)目組只允許透過(guò)遠(yuǎn)程方式駕馭機(jī)器人;遠(yuǎn)程掌控下機(jī)器人罰球比有線駕馭下的罰球擁有更大的分?jǐn)?shù)。以前，獨(dú)立自主掌控僅僅是一小部分工程項(xiàng)目組能掌握的駕馭商業(yè)模式。在新平臺(tái)更加引導(dǎo)獨(dú)立自主式操作方式的準(zhǔn)則下，更多的工程項(xiàng)目組開(kāi)始成功地應(yīng)用領(lǐng)域獨(dú)立自主式駕馭方案。

同時(shí)，多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的技師正在使用CompactRIO也是他們決定優(yōu)先選擇高品質(zhì)及應(yīng)用領(lǐng)域廣為的工業(yè)技術(shù)的重要原因之一。他們讓小學(xué)生碰觸到當(dāng)前工業(yè)工程建設(shè)中的考驗(yàn)，和行業(yè)領(lǐng)先的輔助工具及技術(shù)。NI與其供應(yīng)商，如Analog Devices、Texas Instruments、Xilinx、Wind River、Freescale、Altera、Boston Engineering、ChipX、Dove Electronics、MSI、TTI及Westak密切合作，專(zhuān)門(mén)為FIRST提供更多CompactRIO掌控器。除了為體育競(jìng)技提供更多高品質(zhì)技術(shù)，NI還提供更多了專(zhuān)職的技術(shù)支持技師及針對(duì)體育競(jìng)技的培訓(xùn)資源。為了滿足用戶指導(dǎo)老師和小學(xué)生在體育競(jìng)技及設(shè)計(jì)中的培訓(xùn)和支持需求，NI為FIRST參與者發(fā)起了兩個(gè)在線用戶社團(tuán)。NI FIRST機(jī)器人社團(tuán)主要包括LabVIEW范例代碼、討論論壇及視頻教程，協(xié)助參賽選手工程項(xiàng)目組快速應(yīng)用領(lǐng)域新技術(shù)。該社團(tuán)還培養(yǎng)了兩個(gè)獨(dú)特的支持項(xiàng)目 – LabVIEW虛擬指導(dǎo)老師 – 使小學(xué)生可以在線贏得專(zhuān)精技師對(duì)機(jī)器人問(wèn)題的指導(dǎo)。

　　分享成功的愿景

　　他們相信NI與他們有協(xié)力的愿景，那就是使FIRST更趨全球化，從而影響到更多小學(xué)生。透過(guò)在體育競(jìng)技中的機(jī)器人平臺(tái)上重新加入CompactRIO和LabVIEW，他們提升了參賽選手工程項(xiàng)目組機(jī)器人的技術(shù)潛能，使得該工程項(xiàng)目能吸引更多的小學(xué)生參加。

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