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工度
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1 利用 MATLAB/Simulink 开发智能机器人系统 MathWorks Inc The MathWorks, Inc The MathWorks, Inc.

2 当今正在改变行业的趋势自主系统数据分析在教育中的趋势工业 4.0 与物联网 BYOD MOOC Massive Open Online courses Project Based Learning Hardware for the Mases Data-Science Programs 5

3 应用广度 AI, 机器学习和深度学习人工智能推理感知机器学习知识表达天气预测垃圾邮件检测情感分析机器翻译推荐系统算法交易电脑游戏欺诈检测生物信息深度学习自动驾驶互动应用医疗诊断对象识别机器人专家系统健康检测语音识别 1950s 1980s Today 时间轴 6

4 产品家族基于 MATLAB 和 Simulink 的近百种工具箱和扩展模块正应用于当下的各行各业基于事件的建模物理建模应用快速原型与 HIL 仿真验证确认和测试仿真图示和报告控制系统 SIMULINK 仿真以及基于模型设计并行计算 MATLAB 科学计算语言代码生成信号处理和通讯图像和视频处理测试测量金融计算数学, 统计, 优化应用程序数据库和报告生物计算 7

5 Simulink 介绍模块化环境行动态系统建模和仿真设计实现和测试 : 控制系统信号处理系统通信系统其他动态系统基于模型设计的平台 8

6 Simulink 与控制系统设计 Road incline (disturbance) Desired speed Controller Control input Pedal Actuator Engine Car & air resistance Actual speed 控制系统 : 从设计到生产部署控制系统设计分析模型线性化 PID 调节 Measured speed Feedback 模型参数估计与优化控制设计系统辨识 10

7 Simulink 物理建模平台 : 电力系统机械流体传动电气 11

8 PLATFORM MATLAB/Simulink 可以用在智能机器人设计的各个方面 Sensor I/O CONNECT CONTROL PLAN & DECIDE MATLAB Simulink PERCEIVE SENSE Sensor Fusion & Environment Perception Planning & Supervisory Logic Communication & Coordination + Single environment to enable all autonomous technologies 12

9 目录动力学和运动学模型与控制机器学习与感知规划决策及机器人实现总结 13

10 交通信号检测机器人 Track and Park Husky Robot - ROS Enabled - Kinect (RGB and Point cloud) Reduce Speed - Hokuyo 2D Lidar Matlab Icon Simulation model 14

11 机器人动力学和运动学建模及控制 2018 The MathWorks, Inc. 15

12 数学模型建立 y w x t+1 = x t + v cmd cos θ t y t+1 = y t + v cmd sin θ t θ t+1 = θ t + w cmd t 小车 x 差动传动运动学模型 16

13 从 CAD 导入 Simulink 将 CAD 模型转成 Simulink 模型质量, 惯量, 几何尺寸, 关节连接 17

14 机器人模型转成 Simulink 模型 Vehicle Dynamics and Kinematic Model 18

15 机器人模型转成 Simulink 模型 19

16 闭环控制模型 20

17 闭环控制模型 21

18 差动轮机器人仿真 Differential Drive Robot 22

19 机器学习与感知 2018 The MathWorks, Inc. 24

20 什么是机器学习? 机器学习是使用数据, 并且创建一个程序来执行任务训练数据特征提取测试数据机器学习模型 : 分类猫 25

21 机器学习分类算法类型学习类型 Supervised Learning Classification 输出是类别 (true,false)( 红色, 蓝色, 绿色 ) 之间的选择 Machine Learning 基于输入输出数据开发预测模型 Regression 输出是一个实数 ( 温度股票价格 ) Unsupervised Learning Clustering 没有输出只从输入数据中找到自然分组和模式仅对输入数据进行分组或解释 26

22 选择模型与算法的挑战 Classification Learner 1. 我应该选择哪个算法? 2. 需要自己开发及其学习算法吗? 3. 如何比较不同算法的结果? 4. 如何将新的数据应用到选择的模型? Regression Learner 5. 在开发过程中如何理解算法? 27

可视化, 分析, 和处理数据 : 分类器 stop speedlimit Classifier

= createmask(videoframe); % Fill image regions BW =

regionprops('table',bw,'boundingbox','area'); %

area > 500; Input % Get bounding boxes from

23 可视化, 分析, 和处理数据 : 分类器 stop speedlimit Classifier membrane neg 训练数据预处理特征提取训练 % Detect red regions BW = createmask(videoframe); % Fill image regions BW = imfill(bw,'holes'); % Get bounding boxes stats = regionprops('table',bw,'boundingbox','area'); % Filter based on area size targetindex = stats.area > 500; Input % Get bounding boxes from detected regions testfeatures(k,:) = extracthogfeatures(icr); Output 28

24 可视化, 分析, 和处理数据 : 分类器 stop speedlimit Classifier membrane 训练数据 neg 预处理特征提取训练 Input Output Computer Vision System Toolbox Statistics and Machine Learning Toolbox 29

25 设计并测试算法 30

26 设计并测试算法 31

27 设计并测试算法 32

28 规划决策及机器人实现 2018 The MathWorks, Inc. 33

29 采用 ROS 的机器人系统 Planning NODE Motion control NODE NODE LIDAR Camera RADAR GPS/IMU Localization NODE Obstacle avoidance NODE Global Map NODE Motion Controllers Actuator Controllers Steering Actuator ROS: communication framework and stack of libraries 34

30 MATLAB 和 Simulink 连接 ROS 网络 - Multiple master support - ROS publishers/subscribers - ROS services - ROS TF tree - ROS Parameter server? Vehicle 35

31 System Level Design Path Following State Machine ROS as Communication Framework Object Classifier Obstacle Avoidance 36

32 Sign Recognition with Collision Avoidance 37

33 Implementation 38

34 总结 2018 The MathWorks, Inc. 39

35 使用 MATLAB 和 MBD 的机器人开发工作流 RAPID ITERATIVE PROCESS Idea Requirements Design and Simulation Prototype Implementation Product - System Level Simulation - Leverage built-in algorithms and Apps - Co-simulation with ROS-Enabled Systems - C/C++ automatic code generation - SIL with ROS Enabled Systems - Debug C/C++ with MATLAB Engine Design independent of communication framework! 40

36 MATLAB/Simulink 无人机仿真 42

37 基于 MATLAB 开发的 Demo 43

38 如何构建自主系统核心理念使用最优预测器获取正确的数据产品化流程在创造性领域寻找自主性摆脱人工束缚数据驱动模型驱动精简到可操作数据利用大数据使用仿真来补充可用数据解决架构利用嵌入式基于模型的设计与企业 IT 系统自动集成 45

39 % Thank you 46

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Presentation Title 使用 Simulink 设计和部署 PARROT 四旋翼无人机飞行控制胡乐华高级应用工程师 MathWorks 中国 2018 The MathWorks, Inc. 1 MATLAB 产品家族基于 MATLAB 和 Simulink 的近百种工具箱和扩展模块正应用于当下的各行各业基于事件的建模物理建模应用快速原型与 HIL 仿真验证确认和测试仿真图示和报告控制系统 Simulink