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[導讀]?01 MATLAB的重要性 為什么要強調MATLAB的重要性? 不管是在學術界還是工業(yè)界,MATLAB無論從應用廣度,及受眾滿意度得分都非常高,究其原因,無外乎以下幾點: 簡單上手,誰用誰知道。 在學術界,并非每個人都是計算類專業(yè)出身,當計算機編程語言學習的不多,



 01

MATLAB的重要性


為什么要強調MATLAB的重要性?
不管是在學術界還是工業(yè)界,MATLAB無論從應用廣度,及受眾滿意度得分都非常高,究其原因,無外乎以下幾點:
簡單上手,誰用誰知道。
在學術界,并非每個人都是計算類專業(yè)出身,當計算機編程語言學習的不多,但又需要處理科學研究中的大量實驗數據時,使用其他編程語言就相對較為困難。
這時,不同于其他需要編寫底層邏輯語言,且編程邏輯與人們進行計算的思路和表達方式都大體相同的MATLAB就顯得額外親切。
這對于非計算機類的朋友而言,是十分友善的存在。
業(yè)內流傳已久的捷徑黑科技MATLAB已經成為本科、碩博士,必須使用的研究工具之一。
而在工業(yè)界,如果你是工程師,在工程應用這一塊,就更廣了,機器人、通信、嵌入式、圖像處理等功能應有盡有。    
有朋友用MATLAB寫了一個爬蟲的程序,獲取了智聯(lián)招聘平臺上關于MATLAB的四千多條招聘信息,獲取關鍵詞如下圖:
薪資待遇呢?
MATLAB簡單易學,降低用戶的數學基礎和計算機編程語言的要求,具有友好的工作平臺和編程環(huán)境,涵蓋了近600個工程中需要用到數學處理函數,強大的計算機數據處理能力。用來做大數據處理,建模仿真等。
開掛仿真+多硬件平臺支持
除開MATLAB編程,還有一個還有“變態(tài)”般存在的Simulink工具箱。
拖出我們需要的功能模塊,按照個人需求連接各個模塊,設置好參數,無需編程,即可快速搭建各個系統(tǒng)模型。
當然,這些都是一些程序軟件上的,還有一個更有趣的,MATLAB的硬件支持包MATLAB/Simulink Support Package!
更是讓人沖上云霄。




如上圖所示,這就意味著,我們可以在MATLAB中配置好Simulink仿真模型,然后結合MATLAB中的STM32芯片的器件支持包,通過STM32CubeMX的聯(lián)用,實現(xiàn)了芯片配置,最后轉換為完整的C代碼文件。

 02

MATLAB在機器人中的應用

近年AI(人工智能)技術、機器人技術飛速發(fā)展,MATLAB怎么能落伍。為了給用戶提供多維度的技術提升,今年MATLAB R2020a上線升級多多功能。
增加了人工智能,深度學習,機器人控制和規(guī)劃等的工具箱,其中包括機器人運動控制,路徑規(guī)劃,感知,SLAM等等方面的工具。就我個人而言,本職是做機器人控制這一塊的。
在機器人應用這塊,MATLAB對于初學者更是十分友好,提供了足夠多的工具箱。不管是運動控制還是路徑規(guī)劃。
亦或是視覺SLAM等等。而在機器人控制中,路徑規(guī)劃是機器人完成各種任務的基礎,一直也是業(yè)界研究的熱點,之前版本的MATLAB也有相關的涉及。
非常喜聞樂見的是,最近發(fā)布的MATLAB R2020a在這塊也有新的突破:添加了多個路徑規(guī)劃函數,可供用戶直接進行調用,修改系統(tǒng)的一些控制參數即可完成路徑規(guī)劃系統(tǒng)的搭建,快速完成實驗仿真或工業(yè)設計。

 03  

關于機器人運動規(guī)劃

在路徑規(guī)劃的研究上,學術界研究人員提出了許多規(guī)劃方法:如人工勢場法、單元分解法、隨機路標圖(PRM)法、快速搜索樹(RRT)法等。
機器人運動規(guī)劃的基本任務可以描述為:從開始位置到目標位置的運動。
這一任務通常涉及到兩項基本問題:
1、如何躲避構型空間中出現(xiàn)的障礙物(幾何路徑規(guī)劃)
2、如何滿足機器人本身在機械、傳感方面的速度、加速度等限制(不確定性、反饋、微分約束等)
其中,基于抽樣的運動規(guī)劃算法是用于解決第1個問題的重要方法,其核心思想為:先對機器人的單個構型進行碰撞檢測,建立無碰撞構型的數據庫,再對不同的構型進行采樣以生成無碰撞路徑。
該算法的優(yōu)點在于具有通用性,只需要針對不同的機器人運動規(guī)劃問題進行合理的參數調整。
該算法的缺點在于完備性較弱,即當參數設置不合理時,即使存在可行的路徑,也不一定能夠找到。
典型的抽樣規(guī)劃方法有綜合查詢方法和單一查詢方法兩類。
前者首先構建路線圖,先通過采樣和碰撞檢測建立完整的無向圖,以得到構型空間的完整連接屬性。再通過圖搜索即可得到可行的路徑。
后者則從特定的初始構型出發(fā)局部建立路線圖,在構型空間中延伸樹型數據結構,最終使它們相連。

 04

舉個例子

傳統(tǒng)的人工勢場、單元分解法需要對空間中的障礙物進行精確建模,當環(huán)境中的障礙物較為復雜時,將導致規(guī)劃算法計算量較大。
基于隨機采樣技術的PRM法可以有效解決高維空間和復雜約束中的路徑規(guī)劃問題。
本文以MATLAB R2020a,結合PRM算法進行一個路徑規(guī)劃的仿真。
*值得一提的是,更新后的MATLAB,可以直接調用PRM函數,而不需要用戶再去進行PRM算法程序的編寫,可以讓用戶快速完成簡單路徑規(guī)劃的仿真,
只需要13行代碼就可以實現(xiàn),如下圖所示:
仿真結果如下所示(動圖):
總之,MATLAB R2020a真的香,各位看官著實得親自嘗嘗鮮吶!

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