KNR機器人實驗手冊(YX02920)

類別： 行銷‧趨勢‧理財>資訊科技
叢書系列：馥林文化
作者：宋開泰、吳巧敏、林明翰
出版社：馥林文化
出版日期：2014年10月31日
定價：360 元
售價：284 元(約79折)
開本：變形18開／平裝／200頁
ISBN：9789866076954

【第2章 KNR控制器與機器人平臺介紹】

▼  第2章 KNR控制器與機器人平臺介紹

1.實驗目的
認識KNR機器人控制系統與Matrix機器人平臺。
學習KNR控制器的介面連線與操作。

2.原理說明
2.1 KNR機器人控制系統
KNR機器人控制系統為一套適用於教學、競賽、機器人開發等應用領域的機器人開發平臺，讓使用者可輕鬆整合感測器、馬達、金屬機構與應用軟體。使用 NI Single-Board RIO嵌入式系統以及NI LabVIEW為核心，KNR機器人控制系統同時提供了易於使用且功能強大的軟硬體元件。一旦熟悉了KNR的基本操作，可快速實現更進階的機器人專題或應用，獲得更好的機器人應用經驗，從機器人競賽的開發平臺、學校的教學實驗到專題設計時的創意開發，都可以快速地利用KNR來完成。

2.2 KNR的開發環境
KNR搭配NI LabVIEW來做應用程式的撰寫。LabVIEW擁有豐富的分析、訊號處理、控制、人機介面等函式庫與範例程式，可縮短應用程式開發的時間。KNR需搭配NI LabVIEW 2011（至少需要NI RIO 4.0以上），且電腦端需要安裝下列三個NI module才可達到基本功能，在安裝LabVIEW的過程中必須選擇安裝：
●    LabVIEW Professional Development System
●    LabVIEW FPGA Module
●    LabVIEW Real-Time Module

KNR工具組中提供了KNR的軟體工具，包含必要的連線程式以及驅動程式，還有量身設計的高階程式API，讓使用者可以很方便地寫程式控制連接上KNR的感測器與馬達。KNR LabVIEW工具組包含以下工具：
●    KNR Setup Utility
●    KNR LabVIEW Toolkit
●    LabVIEW FPGA Advanced Interface Tools

2.3 KNR機器人控制器的硬體配置與外部介面
KNR使用NI Single-Board RIO嵌入式系統做為控制核心，NI Single-Board RIO上內建處理器與記憶體，讓使用者可以輕鬆地把應用程式放到上面來執行。在通訊介面上也有豐富的支援，包含CAN、RS232、USB等介面，此豐富性讓KNR可應用的領域變得更豐富，例如某些雷射測距儀是透過RS232傳輸資料，使用者可快速地將其連接到KNR控制器上。除此之外，NI Single-Board RIO包含了可重複燒錄的FPGA晶片，提供給進階的使用者做更彈性的開發，例如使用者可以把機器人控制演算法放到FPGA晶片中做運算，即可降低處理器的負擔，獲得更快的反應時間。
KNR的外部介面定義了常用的機器人設備連接埠，以模組化的方式整合各種介面，如馬達、超音波、紅外線等，並且提供足夠的電源輸出，使用者可以快速地將感測器或致動器與KNR控制器連結，使用者無須再為周邊設備的連接煩惱。
KNR硬體規格：
●    NI Single-Board RIO嵌入式系統做為控制核心
●    內建400 MHz處理器
●    256 MB DRAM、512 MB儲存記憶體與硬碟
●    在通訊介面包含CAN、RS232、USB等介面
●    內建Xilinx Spartan-6 LX45 FPGA，提供給進階使用者做更彈性的開發
●    24 V DC電源供應輸入
●    PWM輸出：提供7組PWM輸出（適用於RC伺服機）
●    Pulse波寬量測：提供8組輸入（適用於超音波感測器）
●    DC馬達驅動：提供最多7組DC馬達速度控制，含編碼器擷取

2.4 KNR的電池與充電器
KNR套件以鋰電池供應電力，提供核心控制器所需的直流電源，也可轉接出電力給周邊設備，例如：擴充的感測器、無線基地臺、DC馬達等使用，使用者無須再做煩惱。
可重複使用之鋰離子充電電池，電壓為22.2V，電容量為4000mAh，可使用專用充電器進行充電，在使用時應避免電池過放造成電池無法充電，也應避免讓電池正負極接觸造成高溫與線材損毀。

2.5 Matrix Robot介紹
Matrix機器人工具組包括鐵條、齒輪、框架、固定用元件、輪子等等，所有的金屬零件都有著相同的鑽孔規格，可用螺絲鎖定成為強而有力的機構，亦可重複拆卸組裝，利於調整機器人的機構狀況。Matrix工具組含有豐富的零件以及各種的造型，用來設計機器人的外型，可在最短的時間內發揮創意與想像力打造獨一無二的客製化機器人。

3. 實驗器材
●    KNR機器人控制系統
●    Matrix工具組
●    所需線材：網路線、KNR電源線、KNR內部電源線（短）
 
4. 實作步驟
4.1 安裝LabVIEW FPGA Advanced Interface Tools
使用KNR前，需先進行LabVIEW FPGA Advanced Interface Tools，這是使用KNR所需安裝的工具，此步驟僅需要在第一次使用前安裝即可，若電腦尚未進行安裝，首先開啟LabVIEW主程式，若作業系統為Windows 7/8的使用者，須先以系統管理員身分執行LabVIEW。安裝程式可在KNR的工具列中找到（開始→所有程式→KNR LabVIEW Software→FPGA Adv Install Helper），啟動後會出現一個執行中的VI，此VI出現後不久會出現安裝畫面，同意後進行安裝。若安裝過程中發生錯誤，請先確認已使用系統管理員身分執行後再重新安裝一次。