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分揀機器人畢業(yè)設計

機器人絕對是當前的一個熱門話題之一。從實驗室機器人到各種創(chuàng)新玩具機器人，越來越多的技術愛好者從關注到實踐，紛紛投身機器人開發(fā)的懷抱。

工欲善其事，必先利其器。

MATLAB/Simulink算法開發(fā)平臺作為汽車、軍工等行業(yè)進行控制算法設計的必備工具，基于Simulink模型的建模、仿真、測試驗證以及代碼生成的設計理念也正在替代傳統(tǒng)的手寫C代碼的開發(fā)流程，成為算法開發(fā)的主流與未來的趨勢。

這對于開發(fā)機器人意味著什么呢？

你不僅可以擺脫繁復的C代碼編程，還可以借助MATLAB強大的工具箱系列，通過仿真來幫助你測試算法、優(yōu)化參數(shù)等等。如果用戶購買了代碼生成工具箱，還可以提取所生成的嵌入式C/C++算法函數(shù)，集成到自己外部的工程項目中去，這也是商業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的主流選擇。

MATLAB/SimulinkSupportPackage

MATLAB/SimulinkSupportPackage為一系列所支持的板卡提供了基本的驅動模塊，只需要在軟件界面上進行簡單的配置，就可以將實現(xiàn)框圖式的算法模型一鍵下載到硬件板卡上去，有助于我們快速實現(xiàn)早期創(chuàng)意，縮短原型開發(fā)周期。

通過它，我們可以很容易實現(xiàn)與這些硬件通訊，讀取數(shù)據(jù)到MATLAB環(huán)境進行分析和處理，輕松下載Simulink這種框圖式的算法來實現(xiàn)各種有創(chuàng)意的應用。

從模型到實現(xiàn)

使用MATLAB/SimulinkSupportPackage相當于鋪平了從Simulink到硬件實現(xiàn)的路，使得不擅長寫C代碼的人可以徹底擺脫代碼實現(xiàn)的困擾，借助Simulink平臺也能輕易的開發(fā)出更多有趣的應用來。

案例介紹

使用光敏電阻控制LED燈

硬件：ArduinoMEGA2560

Step1：硬件連線

利用光敏電阻與固定電阻串聯(lián)形成分壓電路，并將分壓電壓讀入Arduino，然后用這個值來輸出控制發(fā)光二極管的明暗。將分壓電壓值讀入Arduino的A1引腳；將發(fā)光二極管的正極連接PWM的第二個引腳，如下圖所示。

硬件連接圖

Step2：軟件準備

通過MATLAB主界面上的Add-Ons的GetHardwareSupportPackages向導，選擇所需要安裝的支持包。

安裝包下載入口

選擇Arduino，根據(jù)向導提示下載或安裝支持包。

下載安裝向導

安裝完成后，打開SimulinkLibraryBrowser中的SimulinkSupportPackageforArduinoHardware庫，如下圖。我們可以看到為Arduino提供的一系列驅動模塊，從模塊的示意圖以及端口的符號，我們可以大概推測它的作用：從各種類型的板卡接口讀取或輸出信號。

另外從左側樹狀圖可以看到，還提供了EthernetShield與WifiShield的驅動模塊。

分揀機器人

Arduino支持庫

Step3：建模

Simulink建?？梢院唵蚊枋鰹槟K的拖拽與連線的過程。

物流分揀機器人ipo

我們需要從A1端口讀取分壓信號，所以從庫里拖入一個AnalogInput模塊，并雙擊設置端口號為1，設置采樣時間為0.01S。另外還需要輸出到PWM的第二個引腳，所以拖入一個PWM模塊，并雙擊設置端口號為2。

為了簡化整個下載過程，我們這里對信號不做任何算法處理，直接將兩個模塊連接起來，如下圖。這也就意味著LED的亮度與光敏電阻狀態(tài)直接相關。

模型截圖

Step4：編譯下載

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SimulinkSupportPackageforArduinoHardware支持幾乎所有的Arduino型號。在點擊紅色方框的按鈕編譯下載之前，需要通過配置頁面來指定當前所使用的Arduino板卡類型。

設置Arduino板卡

確保Arduino與電腦相連，點擊上圖模型截圖中紅色方框的編譯按鈕，框圖將會自動生成C/C++代碼，并后臺自動調用ArduinoIDE進行編譯下載到Arduino板卡上去。此時，你用手捂住光敏電阻，便會看到LED燈亮度的變化。

Step5：在線調試

對于ArduinoMEGA2560等型號，還支持在線調試。在配置頁面，除了選擇型號外，如下圖設置為“Externalmodel"。

設置在線調試運行

分揀機器人應用的現(xiàn)狀

點擊綠色按鈕開始仿真。

此時，框圖同樣被生成代碼并編譯下載到Arduino上運行，同時Simulink模型運行，雙擊打開示波器Scope模塊實時看到當前所讀取的傳感器信號。這個數(shù)據(jù)也可以保存下載，做后期傳感器標定與分析。

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信號波形

傳感器標定，也就是經(jīng)常都需要將原始值進行線性或非線性縮放以及平移，得到有物理含義的數(shù)值，比如自定義的光照強度等級。如下圖，中間接入一個簡單的查表模塊進行線性縮放。

支持一鍵下載的硬件除了舉例的Arduino之還有很多，算法的設計也可以非常復雜。實際上，越是復雜的算法，才越能體現(xiàn)框圖式算法設計方法的優(yōu)勢。

下載安裝對應的硬件支持包之后，幫助文檔里都會提供由淺入深的應用案例。如下圖是一個LEGO解魔方算法的一個案例。

LEGO解魔方算法模型

快遞分揀機器人現(xiàn)場

打開這個模型，點擊編譯，就可以把這個算法完整下載到LEGO機器人上去了，有興趣的可以自己親自動手試一試。

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