挑战:开发一个灵活的高带宽机器人设备,以便测量和仿真有翼昆虫的飞行方式。解决方案:利用NI的LabVIEW软件和CompactRIO硬件制造一个快速、模块化、易于使用的仿生机器人平台,它涉及各种工业协议和实时闭环激励信号生成。 蝇控机器人实验中的信息流示意图 借助于CompactRIO和LabVIEW,我们对于飞虫如何实现出色的飞行控制进行了研究。苍蝇能够高速追逐,并精确地降落在盘子的边缘,这其中的机动性令人非常感兴趣。我们可以利用苍蝇作为模型系统研究神经信息处理、空气动力学和遗传学,此外,它们还可以快速、精确地使用它们的生物传感器、和执行机构。人们对它们这样的能力很感兴趣但是难以进行研究。测量和激励装置必须具有高带宽、低延迟,并拥有灵活的界面。同时,易用性和模块化特性也是跨学科和合作研究的关键。我们利用CompactRIO 和LabVIEW 图形系统设计软件来研究飞虫如何实现出色的飞行控制。我们采用了数字I/O模块来连接一个基于LED的视觉激励场,它具备了时间和空间的精确的分辨率,使得我们可以有效刺激苍蝇的视觉系统。记录昆虫的响应需要一个快速、灵活的采集系统。LabVIEW能够提供记录这些信号所需要的速度和模块化特性,并且能够将它们作为实时反馈来生成刺激信号。这样,我们就能够把将苍蝇作为一个活的传感器,并嵌入到一个科技系统中。我们开发了一个试验。在试验中,我们把一只果蝇用绳拴住,通过果蝇的动作来控制伊普克(e-puck)机器人。该机器人是一个小型移动机器人,是一个大学的研究项目,它被设计用于通过充满障碍的环境。从绑定在机器人上的照相机和接近传感器可以获得反馈,用来确定向苍蝇展示的视觉刺激、翅振频率和幅度等飞行参数,来控制机器人运动。苍蝇和机器人之间的传递函数会发生变化,从而实现一系列的试验模式。苍蝇的高速电影:加速的LED视觉场视觉激励场包括8个绿色LED 面板,它们通过I2C协议连接到定制的。在过去的设计中,所有的飞行都由一条总线进行控制。为了实现更高的帧率,并根据苍蝇的反馈来调节视觉激励,我们必须使用多条并行的总线。最终,我们选择了NI cRIO-9014 实时和一体化NI cRIO-9104可重新配置嵌入式机箱更换了最初的。蝇控机器人:从苍蝇到机器人在实验装置中,果蝇被用绳拴在一个环形的LED面板阵列的中心。虽然昆虫不能够移动,但仍可以拍打翅膀并且按照和自由飞行相同的方式飞行。数字振翅分析仪会获得电流频率、振幅、位置均值和苍蝇振翅的相位。这些行为状态矢量通过用户数据协议(UDP)包传输到一台运行LabVIEW的主机上。我们可以在主机上应用自定义传递函数计算出更新的伊普克(e-puck)机器人的轮转速。这些数值再通过蓝牙(Bluetooth)发送到机器人上。从机器人到苍蝇当我们利用昆虫的行为来操纵机器人时,来自机器人设备的反馈会修改面向昆虫的视觉显示方式。反馈由安装在机器人顶部的三个线性照相机和八个接近传感器给出。照相机以10Hz的频率采集,每帧拥有102像素。接近传感器以20Hz的频率输出 CompactRIOLabVIEW机器人设备昆虫