LabVIEW

Labview (akronym zo slova Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) je programovacie vývojové prostredie založené na grafickom programovaní vyvinuté spoločnosťou National Instruments. Algoritmy sa v ňom vytvárajú umiestňovaním jednotlivých blokov „ikoniek“ a ich spájaním. Vždy sa vykonáva blok, na ktorom sú práve platné vstupné dáta. Zmyslom tohto grafického programovania je rýchle, jednoduché a efektívne programovanie. LabVIEW obsahuje mnoho knižníc a jeho výhodou je tiež možnosť prepojenia s inými programovacími jazykmi. [1] Grafický jazyk s názvom G, ktorý program využíva, bol prvý krát použitý v roku 1986 v počítačoch Macintosh od spoločnosti Apple a za jeho vynálezcu sa považuje Jeffrey Kodosky. Tento človek mal predstavu, že technik, ktorý je schopný zapísať svoju predstavu fungovania programu pomocou blokového diagramu, by mal mať možnosť túto predstavu intuitívne a jednoducho vložiť do programu. Jeffrey Kodosky teda začal vyvíjať grafické nástroje a implementoval ich do programu, ktorý nazval LabVIEW. Vzniklo tak prostredie, ktoré umožňuje tvoriť programy nie pomocou klasického textového rozhrania, ale graficky, čo podstatne uľahčuje a urýchľuje programovanie. Jednotlivé bloky sú reprezentované grafickými ikonkami a je ich možné spájať virtuálnymi vodičmi, výsledky možno následne zapisovať napríklad do textových súborov, alebo vykresľovať do grafov. [2]

Toto vývojové prostredie sa v súčasnosti najčastejšie používa na zber dát, kedy je možné prepojiť meracie zariadenie s počítačom prostredníctvom DAQ karty. Ďalšie široké využitie má v ovládaní meracích prístrojov alebo tiež v priemyselnej automatizácii na riadenie a vizualizáciu technologických procesov. Možno ním tiež programovať zložité systémy ako je robot, či dokonca sústava robotov. Programové vybavenie LabVIEW je veľkým hráčom v oblasti testovania a merania, priemyslovej automatizácie a analýzy údajov. Dôkazom pre to môže byť napr. skutočnosť, že vedci z NASA použili práve LabVIEW pre analýzu, zobrazenie údajov a monitorovanie celkového stavu z terénneho vozu jazdiaceho po povrchu planéty Mars. Ďalšou výhodou LabVIEW je, že dokáže fungovať na všetkých hlavných platformách, tj. Microsoft Windows, UNIX, Linux, Mac OS X, pričom posledná verzia LabVIEW bola vydaná v Auguste 2010 s označením LabVIEW 2010.

G jazyk využíva na beh programu tok dát (programovanie dátovým tokom). Vykonávanie je určené štruktúrou grafického blokového diagramu, na ktorý programátor pripája rôzne funkčné uzly kreslením čiar. Tieto čiary predstavujú premenné a každý uzol sa vykoná hneď ako sú prístupné vstupné dáta. Toto platí aj ak je pripojených viac uzlov a umožňuje to paralelné riadenie, ktoré je potom možné upraviť na viacprocesorové, či viacvláknové.

Pri vytvorení projektu v LabVIEW treba vytvoriť prázdne VI (Virtual Instrument). Je možné tiež otvoriť jednu zo základných šablón, ktoré obsahuje každá verzia LabVIEW. Do tohto VI sa potom vkladajú jednotlivé grafické bloky a prepájajú sa virtuálnymi vodičmi. Každé VI pritom pozostáva z troch častí: predný panel, konektorový panel a blokový diagram. Akákoľvek časť programu (podprogram, nová funkcia) môže byť vytvorená ako SubVI a zastúpená vo vyššej úrovni novým symbolom (ikonou) so vstupmi a výstupmi. [1]

Predný panel VI programu LabVIEW.

Vytvára sa vkladaním grafických prvkov z knižníc LabVIEW, alebo si môže užívateľ vytvárať vlastné prvky.

Blokový diagram programu LabVIEW.

Vytvárajú sa v ňom VI z iných VI (SubVI).

Ovládací panel programu LabVIEW.

Na ovládacom paneli sa nachádzajú všetky reálne prvky zapojenia. Každý prvok je buď ovládacím prvkom, alebo indikátorom. Pomocou tohto panelu možno aktívne zasahovať do riadenia, či merania a to zmenou hodnoty pomocou ovládacích prvkov.

I keď by sa na prvý pohľad mohlo zdať, že spomínaný program nemá s robotikou veľa spoločné, opak je pravdou. LabVIEW sa v robotike využíva v pomerne veľkom meradle, dôkazom čoho je aj hromada zaujímavých projektov, z ktorých uvádzam zopár tých zaujímavejších.

Monster Chess

Prvým zaujímavým projektom je šach relatívne veľkých rozmerov, ktorého jedna figúrka dosahuje veľkosť asi pol metra. Jednotlivé figúrky sú ovládané bezdrôtovo a dokážu navzájom komunikovať cez bluetooth. Keď sa jedna z figúrok pohne, ďalšie figúrky a jej uhýbajú z cesty a umožňujú jej tak prejsť. Všetky figúrky komunikujú s hlavným počítačom, na ktorom človek hrá šach. Použitý je pri tom klasický šachový simulátor a hrať môžu proti sebe aj umelá inteligencia aj ľudia. Dokáže tiež prehrávať nahratú šachovú partiu, či uložiť pozície figúrok a neskôr ich opäť načítať. Toto všetko je naprogramované vo vývojovom prostredí LabVIEW. [3]

Monster Chess

Video so šachovou partiou

 

DARPA Arm Robot

Spoločnosť DARPA prednedávnom oznámila uvedenie Autonomous Robotic Manipulation (ARM) programu, ktorého cieľom je do 4 rokov vyvinúť softvér a hardvér robota schopného autonómne manipulovať, uchopiť predmet, vykonávať komplikované úlohy a umožniť kontrolu tohto robota operátorom. Softvér pre tohto robota vyvíja DARPA, ale rovnakého robota sprístupnili aj pre verejnosť a tak dávajú každému možnosť napísať preň program. [4]

Robotická ruka DARPA.

http://www.screencast.com/users/kmuecke/folders/Jing/media/412e4389-1c55-4fcd-ac80-69ddf7e423b7

Video s ukážkou programu v LabVIEW

 

Cyborg Fly

Ďalším z rady zaujímavých projektov je spojenie živého organizmu a robota. Tento systém vyvíjal Dr. Graetzel spolu s kolegami a rozhodli sa použiť kombináciu programu LabVIEW a CompactRIO, oba programy sú od spoločnosti National Instruments. Konkrétne sa jedná o ovocnú mušku, ktorá je napevno upnutá vo vnútri robota, pohyb jej krídel je snímaný LED senzormi, tieto signály sú potom zaznamenávané a spracovávané programom LabVIEW. Práve LabVIEW im zabezpečilo rýchlosť a modulárnosť spracovávaných informácií, ktoré následne použili ako odozvu v reálnom čase. Signály z krídel mušky sú teda spracovávané elektronicky a je podľa nich ovládaný robot, ktorý sa dokáže vyhýbať prekážkam. [5]

Cyborg Fly. Upnutie muchy vo vnútri robota.

 

Video s pohybom robota

 

Toto bolo len niekoľko ukážok, na čo všetko sa dá LabVIEW v robotike využívať. Cieľom bolo poukázať na veľkú budúcnosť tohto programu v oblasti robotiky práve kvôli jeho schopnosti okamžite spracovávať prijaté signály, intuitívnemu ovládaniu a možnosti prepojenia s ďalším hardvérom.

 

Zdroje

[1] LabVIEW [online]. Wikipedia, 20.5.2011. [cit. 22.5.2011]. Dostupné na internete: <http://en.wikipedia.org/wiki/LabVIEW>.

[2] KUČERA, S. 2010. LabVIEW – Učebná príručka [online]. [cit. 22.5.2011]. Dostupné na internete: <http://www.spspp.sk/userfiles/file/ELE%20-%20modernizácia%20učebných%20procesov/labview.doc>.

[3] Monster Chess [online]. 2010. [cit. 22.5.2011]. Dostupné na internete: <http://www.teamhassenplug.org/monsterchess/#sf402143>.

[4] DARPA Arm Robot [online]. 2011. [cit. 22.5.2011]. Dostupné na internete: <https://decibel.ni.com/content/blogs/MechRobotics/2010/12/09/the-robot-arm-project>.

[5] Cyborg Fly [online]. 2010. [cit. 23.5.2011]. <http://sine.ni.com/cs/app/doc/p/id/cs-12486/>.

Zaujímavý odkaz:

LabVIEW Robotics [online]. <http://labviewrobotics.wordpress.com/>.

Tento článok vznikol ako školský referát nepoužívajte ho preto opäť na tento účel.