再聊機器人設計：如何加速開發流程？

比如：我們在設計機器人機械臂時，機械臂驅動電路已經設計并制作完成，但小伙伴的機械臂結構還未搭建好，我們必須得等小伙伴完成機械臂結構后才能測試。無形中，也浪費了開發時長。

那么，如何提升效率、減少時間和資金，從而加快開發流程呢？

加快反饋！

在早期進行整體設計時，如果可以仿真，在仿真過程中，不斷調試裝置和系統參數，多次反饋后得出我們想要的模型，同時進行結構與軟硬件制作，并根據仿真模型的變動進行修改，多階段同時進行，以此來減少開發時長以及資金成本。

當然，既然要進行仿真，要選取哪款軟件呢。

在這之前，我們曾經有寫過一篇：

MATLAB R2020a新鮮出爐，我來替各位嘗嘗鮮！（超鏈接，點擊即可閱讀）

在這篇文章中，我們有聊過利用MATLAB/Simulink對機器人運動規劃進行仿真。

那么在加速機器人開發流程上，MATLAB又會給我們帶來什么驚喜呢？

在未設計出機械臂硬件系統之前，我們是無法驗證算法，其抓取效果以及準確度，此時MATLAB即可上場，擔當搭建相關模型，提前完成仿真測試的重任。

在開篇的腰間機械臂視頻中，機械臂有給人遞送工具的應用場景，我們以機械臂抓取物品為例，使用MATLAB模擬仿真該運動過程。

在MATLAB中，有較多的機械臂模型供大家選擇，可供自己的設計需求選擇相應的機械臂模型，接下來使用MATLAB對進行機械臂拾放工作流程仿真。

首先，使用Stateflow圖表創建狀態流程圖，由以下三個步驟組成：

1、初始化機器人和環境

初始化機械臂模型，并創建其運行環境，初始化相關參數配置，建立機械臂模型。

該環境由機械手、用于分類的架子和藍色障礙物組成。

2、識別零件并確定放置位置

在識別階段的第一步中，必須檢測零件。我們可以直接調用相關函數直接給出待拾放的物體檢測算法，也可以通過我們特定的物體，來設計對應的物體檢測算法。

接下來，調用相關函數將零件分為兩種類型，以確定放置它們的位置（頂部或底部架子）。

3、執行取放工作流程

一旦識別出物品，并指定了它們的目的地，手爪將其拾取，然后移動到目標位置。

*詳細流程如下圖所示：

在完成狀態流程圖后，就可以運行可視化仿真。

通過確定選用MATLAB中提供的機器人模型，初始相關參數配置，完成機械手的初始配置，建立機械臂模型。

【案例來自MATLAB官網，該仿真使用帶有手爪的KINOVA GEN3機械臂模型】

代碼：

調用函數，即可將可視化模型連接到前文狀態流程圖，

coordinator.FlowChart = exampleHelperFlowChartPickPlace（'coordinator'，coordinator）;

輸入下方代碼，可進行拾放物體過程仿真：

answer = questdlg('Do you want to start the pick-and-place job now?', ...

         'Start job','Yes','No', 'No');

switch answer

    case 'Yes'

        % Trigger event to start Pick and Place in the Stateflow Chart

        coordinator.FlowChart.startPickPlace;        

    case 'No'

        % End Pick and Place

        coordinator.FlowChart.endPickPlace;        

        delete(coordinator.FlowChart);

本文只是淺談了機器人系統開發中，通過MATLAB/Simulink的配合使用，我們可以提前驗證機械臂控制算法，同樣的，除開機器人的機械臂模型仿真，我們也可以利用Simulink對機器人的移動控制、視覺等組件進行仿真，提前驗證我們的控制算法，無需等到相關硬件制作完成后再驗證，可以加快整個機器人系統的開發過程，提升效率。

總的來說，在機器人開發上，MATLAB給技術人員提供了足夠多且友好的開發工具，并且也涵蓋了多個demo，供初學者快速入門。我們可以通過學習調用demo，快速搭建出我們的機器人各個組件系統，進行仿真測試，無論是機器視覺，或者機械臂相關軟硬件，亦或是移動路徑規劃等。都可以在MATLAB中找到相應的工具包對其進行仿真測試。

與此同時，在基于MATLAB模型設計下，我們可以將機器人系統如此龐大陌生的系統劃分成各個模塊進行組件設計，利用Simulink對其組件進行仿真測試，使用基于模型設計去開發軟件，我們可以盡早對一個階段的工作產品進行驗證，同時鏈接到后一階段的設計。不僅僅是節省開發時間成本和資金成本，并且對于基于模型的設計來講，圖形化設計是天然的、固有的。

能讓人較為明朗了解設計原理以及過程，方便工程師們交流以及后期維護。

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https://ww2.mathworks.cn/solutions/robotics.html?s_eid=PEP_23450

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