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。

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...

前言

PARTＩ LabVIEW Robotics與機器人硬體元件實驗
第1章 LabVIEW Robotics介紹
第2章 KNR控制器與機器人平臺介紹
第3章 直流伺服機控制實驗
第4章 超音波測距環境掃描實驗
第5章 紅外線測距校正與類比訊號輸入實驗

PART II KNR控制程式與機器人實作競賽
第6章 超音波測距機器人沿牆走實驗
第7章 超音波測距機器人避障實驗
第8章 機器人平臺遙控與自主避障實驗
第9章 機器人影像尋標與追蹤實驗
第10章 機器人自主避障尋標實驗

前言

PARTＩ LabVIEW Robotics與機器人硬體元件實驗
第1章 LabVIEW Robotics介紹
第2章 KNR控制器與機器人平臺介紹
第3章 直流伺服機控制實驗
第4章 超音波測距環境掃描實驗
第5章 紅外線測距校正與類比訊號輸入實驗

PART II KNR控制程式與機器人實作競賽
第6章 超音波測距機器人沿牆走實驗
第7章 超音波測距機器人避障實驗
第8章 機器人平臺遙控與自主避障實驗
第9章 機器人影像尋標與追蹤實驗
第10章 機器人自主避障尋標實驗