MATLAB® & Simulink®於機器人/自主系統設計

機器人研究人員和工程師使用MATLAB和Simulink,讓設計和調整演算法、建立真實系統的模型、自動生成程式碼等工作流程全部都可以在同一個環境下實現。

利用MATLAB和Simulink,你可以:

  • 將你開發的演算法連接到機器人來控制機器人。
  • 開發跨硬體的演算法(hardware-agnostic algorithms),並且連接到機器人作業系統 - 包含ROS和ROS2。
  • 連接到各種感測器和致動器(actuators),讓你可以發送控制訊號或分析多種類型的資料。
  • 自動產生如微控制器、FPGAs、PLCs、GPUs等嵌入式目標硬體的程式碼,讓你擺脫人工手動編程。支援C/C++、VHDL/Verilog、結構式文件編程語言(Structured Text)、以及CUDA等等。
  • 使用預先建立好的硬體支援套件(support packages),連接到低成本硬體,如 Arduino 和 Raspberry Pi。
  • 透過建立可共用的代碼和應用程式來簡化設計檢閱工作。
  • 可利用既有程式碼,並與現有機器人系統整合。

機器人範例

自主機器人的路徑規劃與導航

使用MATLAB 和Simulink來簡化機器人路徑規劃與導航的複雜任務。本範例介紹如何模擬自主機器人,其中只需要用到三個要件:路徑、車輛模型、路徑跟隨演算法。
MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計 設計硬體平台

設計和分析3D剛體力學(如車輛平台和機械手臂)以及致動器動態(如機械電子和流體系統)。你可以將URDF檔案直接匯入到Simulink,或者從SolidWorks和Onshape等CAD軟體來使用現有的CAD檔案。加入摩擦等條件限制,以及建立包含電氣、液壓(hydraulic)、或氣動(pneumatic)、以及其他元件的多領域系統模型。當系統開始運行,則可以重複使用設計模型來作為其數位分身(digital twins)。

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計 收集感測器資料

你可以透過ROS來連接感測器。像是相機、LiDAR、IMUs等帶有ROS訊息的特定感測器可以被轉換為MATLAB支援的資料類型來進行更進一步的分析和視覺化。

你可以將常見感測器的處理工作流程自動化,比如龐大資料集的匯入與批次處理、感測器校正、降噪、幾何變換、分割、及迴歸等。

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計 環境感知

內建於MATLAB的apps讓你可以互動地執行物件偵測與追蹤、動作估計、3D點雲處理、及感測器融合。使用深度學習來進行影像分類、迴歸,以及利用卷積神經網路(convolutional neural networks,CNNs)來學習特徵。

你還可以將演算法自動轉換為C/C++、定點數、HDL、或CUDA程式碼。

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計 規劃與做決策

利用LiDAR感測器資料以同時定位與地圖構建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)來建立環境地圖。

設計路徑和動作規劃演算法,用來在具有條件限制的環境下進行導航。使用路徑規劃器在任何已知的地圖中計算出無障礙路徑。

設計讓你的機器人能夠在面臨不確定性時進行決策,以及在協作環境中執行安全的操作的演算法。實現狀態機來定義進行決策所需要的條件與動作。

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計 設計控制系統

你可以使用演算法和apps,以時域和頻域有系統地分析、設計、視覺化複雜系統的行為。

使用如波德迴路成形(bode loop shaping)和根軌跡法(root locus method)等互動式技巧來自動地調整補償器參數。你可以調整增益規劃控制器(gain-scheduled controllers)和指定多個調整物件,如參考追蹤、干擾抑制、和穩定性裕度(stability margins)。

程式碼產生和需求追蹤可幫助你檢驗你的系統和證明符合規範。

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計

MATLAB & Simulink於機器人/自主系統設計 與其他平台和目標硬體溝通

使用如CAN、EtherCAT、以及802.11等協定來與嵌入式目標硬體相互溝通。或者以數位、RF、和其他無線科技來與支援TCP/IP、UDP、I2C、SPI、MODBUS、和藍牙等協定的硬體相連。