湖北LabVIEW开发,LabVIEW软件开发

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使用NI LabVIEW控制双重机器人系统，为中风病患提供上肢治疗运动
概述：使用NI LabVIEW软体为2个客制机器人执行的即时控制系统，机器人透过设计给治疗师使用的使用者介面(UI)来沟通，以协调并协助人类的手臂动作。

机器人的设计
智慧气动手臂运动(iPAM) 是种双重机器人系统，用来提供反覆的治疗运动给因为中风而导致上肢运动有问题者。iPAM 有2 个气动式机器人，特色是拥有3 个致动旋转关节，可以控制笛卡儿空间(Cartesian space) 中机器人的末端受动器。机器人贴住上肢的方式就像治疗师进行运动时抓住手臂一样：1 个机器人贴住前臂靠近手腕处，而另1 个则贴住上臂中间处。
此外，矫具(orthoses) 会抓住手臂，然后进行3 个被动旋转自由度(DOF)，以确保手臂与机器人是舒适对齐的。物理治疗师会手臂透过机器人的末端部位进行治疗动作，然后记录下这些动作。这套系统会记录下施加在手臂上的力量大小与机器人关节的运动。之后iPAM 系统便会重复这项运动，以协助病患做完完整的动作(如图1)，而iPAM 提供的协助程度则可由物理治疗师决定。
控制系统
iPAM 机器人能提供主动力，以协助人类手臂的运动。所以机器人能够有效协调，因为错误的对齐或是对手臂施加过大的力量会导致疼痛或受伤。为了达成目标，我们开发了1 种新型控制系统，可以在人类关节的DOF 运作，而非机器人的笛卡儿端点。手臂简化成1 种拥有6 个DOF 的模型，其中肩膀有5 个DOF (2 种平移动作跟3 种旋转动作)，而手肘则有1 个。因为2 个机器人可以各控制3 个DOF，所以可以限制上肢的6 个DOF。
人类关节的角度不是由iPAM 直接量测，所以角度由人类手臂与相关的机器人接触点位置等已知的运动学资讯来预估，这只要针对人类手臂模型进行直接反向运动学公式即可取得。但是这个公式不能处理软组织介面(皮肤、肌肉与辅具填料) 引起的量测误差，也不能处理肩膀关节的运动奇异位置(kinematic singularity)。
因此我们使用贾氏转置(Jacobian transpose) 方法开发1 种新型迭代公式，这是根据手臂的前向运动学所开发的，评估起来更容易。重要的是，这个方法很清楚知道有量测误差与运动奇异位置的存在。为了提供手臂位置的正确评估，控制回路每次反覆运算都会处理50 次反覆的前向运动，控制回路以500 Hz 的频率运作。这使得即时控制器有很高的运算能力，而且有的即时效能，以力求稳定。
将每个机器人量测的力量转换进入上肢协调系统，我们便能执行进入控制(admittance control) 计画，可以针对特定的上肢关节提供协助。进入控制计画运作的方式是依照治疗师设定的僵硬与阻尼参数，量测每个人类DOF 的转矩与力量，并调整目标关节的位置。
使用高度协助(设定为高僵硬程度) 时，机器人可以高度重现治疗师预设的动作。这对于几乎无法进行主动动作的病患来说非常适合。降低协助程度(设定为较低的僵硬程度) 可以跟预设的动作有较多的偏移差距，适合可以进行较多主动动作的病患，或是当病患的行动性提高时。模型中每个关节的协助程度都可以各自调整，同时又维持动作的协调模式。
执行
我们使用LabVIEW Real-time Module与NI介面卡来执行iPAM即时控制器，以发挥其讯号I/O的功能。输入感测器拥有2个6轴力传感器(force transducer)、6个非接触式旋转感测器、3个电位计以量测肩膀位置，以及数个数位输入端子供安全开关使用。类比输出讯号能控制12个成对压力调节阀，负责在每个机器人的关节驱动低摩擦力的气动式汽缸。控制器完全是依照状态运作，让程式码符合逻辑、可扩充，并容易审查。即时OS让控制器执行，以确保整体系统的可靠度与安全度。
物理治疗师使用笔记型电脑做为用户端，用UI 开启，提供病患所需的指示、运动提示与成果回馈，以跟iPAM系统介接。该用户端使用TCP 协定的乙太网路连结与即时控制器进行异步通讯。UI 的主要元件是工作空间的3D 呈现。使用LabVIEW 的OpenGL 架构3D 图片控制器，可以即时传送特定任务的资讯给病患。
即时控制器拥有2 个模组：1 个处理的控制回路，以及1 个可延缓处理的通讯模组，此模组可与笔记型电脑互相传送及接收资料。即时控制器回路以500 Hz 的频率运作。这结合了上肢位置的贾氏评估，以及2 个机器人使用的笛卡儿位置控制系统。
临床试验
我们以2 次小规模的临床研究试办计画来执行iPAM 系统，我们找了26 位因为中风而导致手臂损伤的人来参加总长20 小时的机器人疗程。每次疗程都会使用大约40 分钟的机器人治疗。在研究过程中，iPAM 在超过300 个小时的使用时间中协助进行超过13000 种主动动作。病患接受系统的意愿很高，数名病患在手臂动作方面也有进步。在试验时没有发生不利病患的状况，而且即时控制器在2 次试验中都维持稳定的表现。LabVIEW 环境的模组化本质对本系统的原型制作与开发非常有利。

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使用NI PXI、labview 及 SCXI 硬件为医疗用血管支架建立测试系统
概述：借由模拟血管支架植入人体时的动作并量测其扩张特性，建立一套自动化的测试系统，能同时测试 30 根血管支架。

医疗领域日新月异，医学研发的脚步进展快速。各种植入人体以协助运作或维持生命的设备，使用率不断攀升。对于患有动脉瘤的病人来说，动脉壁会变薄弱、容易破裂。目前有种针对动脉瘤病患使用的动脉壁装置，非常有效，但是这种装置要如何在不干扰敏感区域、不致使动脉瘤提早破裂的情况下，能够进入动脉呢（有些动脉的直径只有硬币大小）？
一种叫做血管支架的装置可以支撑因动脉瘤而变薄弱的动脉。血管支架是一 种弹簧，在原始状态下体积微小、经过压缩及过冷处理，由方便的位置（通常是大腿内侧）植入动脉。然后血管支架会通过动脉，在病灶处展开到适当的直径大小以支撑动脉壁。血管支架符合严格的产品规格，以适当的速度展开到适当的大小，稍有闪失就会危及生命。
以 NI PXI 及 SCXI 硬件做为架构，设计、开发并执行了一 套全自动的测试系统，以测量及比较在不同温度下，医疗用血管支架的展开率与大的展开直径。这套系统取代了先前的传统测试系统，并且让血管支架一 次测试量增加了 10 倍。
系统
使用 NI LabVIEW、PXI 及 SCXI 数据采集硬件，设计出一 套的生产测试设备。这套系统使用了线性变异位移传感器 (linear variable displacement transducer，LVDT) 来同时测试 30 根血管支架的展开情况，以确定支架在从过冷状态下加热到正常体温时，直径的变化为何。
执行 LabVIEW 应用的 PC 会收集数据，然后以图表即时显示每根测试中的支架，其展开与温度的关系。使用者一次多可以选择观看三根支架。在测试的后阶段，也就是测试液 (test bath) 达到体温时，便会针对位移曲线进行分析，以判定支架是否符合标准的规格。每次测试完毕都会建立一 份报告。
软件也会控制测试液的温度与气动阀，气动阀能将 LVDT 感测器放低到测试中的支架。新的测试系统一次可以测试 30 根支架，然而旧系统一次只能同时测试 3 根。
获得 FDA 批准
这套测试设备的软件需要获得美国食品及药物管理局 (FDA) 的批准，于是我们使用 LabVIEW 撰写一项应用来测试系统的每个输入与输出。我们提供给 FDA 完整的计算文件、预期结果与实际结果。
因为使用医疗用血管支架来协助动脉瘤病患的作法广受好评，近更获得 FDA 的认可，于是血管支架的生产量便暴增。有了 Cal-Bay Systems 公司设计的自动化测试系统，1 次就能测试 30 根支架，测试量提高了足足 10 倍。目前市场上使用的生产测试系统共有 5 种。

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使用NI TestStand、LabVIEW 与PXI 开发植入式助听器测试系统
概述：使用NI LabVIEW、PXI电脑式仪器与NI TestStand，建立1套自动化测试系统，能以70%的开发时间提供更多的弹性与功能。

Nucleus 人工电子耳系统，里面包含了1 个内部的植入物与1 个外部的语言处理器。语言处理器会将声音分析并数位化成编码讯号，然后透过RF 讯号传送到植入物中。植入物将讯号转换成电脉冲，然后直接刺激耳蜗的神经纤维，产生听觉。我们会针对个人的听觉需求，对语言处理器进行特殊的程式设计，帮助配戴者过着正常的生活。
本公司注重产品的品质与安全性，这点帮助了我们在市场上维持的地位。因为测试系统在确保品质与安全性上扮演着关键的角色，所以我们使用NI 产品，为我们新的听力技术解决测试方面的问题。我们的植入系统非常复杂，涵盖了许多不同的部分与子系统。针对所有的元件发展测试系统的话，会花费我们大量的时间与资源，但是我们的时间非常宝贵。
随着产品的发展，它们会越来越复杂，包含越来越多的元件。因为品质的标准提高、生产与测试时间减少，所以我们需要新的测试系统。我们习惯使用客制化的硬体与软体在公司内部开发所有的测试解决方案。对于比较简单的产品来说，这样就已足够，但是我们在发表新产品时却遭遇到困难，因为测试系统总是来不及准备好。我们知道对于目前正在研发的新产品来说，开发新的测试系统是1 项艰巨的任务，使用传统的方法根本来不及，所以，我们开始寻找别的方法，尝试使用商用即时可用的技术。
我们每年卖出数千个系统，我们所在的市场变化快速，从利基应用变成公认的主流医疗技术。由公司内部自行发展的测试方法已经不再适用，但是我们尚未准备好购买几百万元的测试系统。PXI解决方案的价格合理，是弹性测试系统的佳解决方案，它以合理的价位提供了、经过验证的硬体与强大的软体。
我们针对内部研发使用了新的PXI架构功能测试系统，从电路板到组装完成的产品，测试了8种不同的应用。我们也使用这套系统在公司内部以及不同的代工厂中进行生产测试。系统需要执行众多的动作，包括捕捉、储存与分析5 MHz讯号的波形，将电力与资料穿越皮肤，传送到植入物中。我们使用声音量测、电压参数量测、在不同负载情况下的电流、数位I / O、序列及GPIB，与外部设备沟通。我们使用USB通讯设备来控制客制电路板上的继电器、开关与其他的硬体。系统也能够准确调整共振电路并测试I2C通讯。系统会列印测试报告，但是资料也会储存在网路上，供日后统计分析之用。CPE Systems公司是本地的1位NI联盟伙伴，他们协助我们发展LabVIEW与NI TestStand所需的客制介面卡与软体开发技术。
这套测试系统包含了1个拥有GPIB介面的PXI式Pentium 4控制器、NI PXI-4070 FlexDMM卡多功能资料撷取(DAQ)卡，以及NI PXI-5112高速数位器。DAQ卡、FlexDMM卡与高速数位器会提供量测混合式讯号参数与讯号开关所需的所有类比与数位的输入与输出。RS232通讯设备控制会1个调节放大器，而USB则控制另1个客制介面卡。这套新系统比以前所有的测试系统更轻巧，可以节省宝贵的产线空间。PXI平台意味着这套系统具有弹性、维修容易、未来也能轻松更新。
创造具有弹性的软体架构
我们使用NI LabVIEW 与NI TestStand 开发具有弹性的软体架构，以解决目前及未来的测试需求。这套软体的功能众多，能够测试不同版本的产品，以及开放式与封闭式硬体。使用NI TestStand，我们可以利用即时可用的测试执行功能来节省开发时间。
使用客制化的操作介面，操作员可以登入、载入选出的测试序列，然后监控测试过程。介面也会提供即时资料更新给操作员、建立测试报告，然后将所有的测试资讯记录到资料库中，供日后分析之用。我们在LabVIEW 中撰写个别的测试，这也可以节省开发时间，因为我们拥有庞大的函式库可以量测、与硬体介接、分析结果，以及展示资料。藉由模组化操作介面序列控制，并将其与个别测试模组分开，我们便能将开发的成果使用于数种拥有类似测试需求的产品上。以统一的格式将所有的资料记录到磁片中，我们的研发与生产工程师就能探勘资料以找出趋势，并制作生产收益的报告。他们也会使用资料分析失败原因，并在设备制造的过程中找出待改进之处。纪录中拥有所有的测试资料，包含使用的序列、参数、测试仪器的校正日期、测试时间，以及产品的通过/ 失败状态。
NI TestStand 成果斐然
新的功能测试系统协助我们在紧迫的时间压力下完成工作，将新产品的设计从概念阶段推展到制造阶段。NI TestStand 为我们的LabVIEW 测试模组制造了1 个模组化、可重复使用的测试架构，NI TestStand 对我们来说真的非常实用。从专案的角度来看，我们现在可以在的短时间内就开发完成测试系统，因为与软硬体开发有关的大部分风险都被移除了。我们初期的训练投资成本也因为开发这个专案的时间缩短，而回收打平了。在未来的专案中，因为我们的工程师已经习惯使用这些工具，所以我们预期开发的时间会缩短30 %。

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：使用NIlabview软硬件提高了固件测试平台吞吐量、覆盖范围和可靠性
概述：使用NI LabVIEW软件与NI TestStand构建一个灵活的模块化自动化测试解决方案，可根据不同需求、通信总线和协议测试多个PMIC，而且非计算机背景的工程师也能轻松使用。

流程自动化
大多数固件测试功能包括使用固件读/写设备进行充电/放电仿真、固件参数检测以及温度和通信仿真。
一般来说，电源管理设备包含模拟组件(模拟前端)和可做决策的数字组件(微处理器)。 这些组件的结合可用于实现多种功能，如保护功能、充电管理、与主机设备进行通信和电池寿命预测。 另外电源管理设备也遵守多种标准规范，如智能电池系统(SBS)和日本电子信息技术产业协(JEITA)标准。 因此我们开发一个系统来测试所有这些固件功能。
根据客户预算、预测演算法的复杂性、功能需求、终应用的不同，有多种PMIC可供选择。 由于不断变化的需求、复杂性以及电源管理不同IC选项之间的功能差异，开发内部使用的软件与序列套件挑战性。 由于以统一的软件与序列套件支持所有选项，我们决定使用LabVIEW与NI TestStand来开发解决方案。 借助NI软件的灵活性、功能、模块化特性，我们轻松完成其他软件工具难以解决的问题。

使用NI labview软件与PXI硬件，进行、点对多点的无线电系统自动化测试
概述：基于NI PXI平台、NI LabVIEW、NI TestStand、NI Switch Executive软件创建测试系统，通过气动式测试设备连接至被测部件(UUT) - 包括射频区域的自定义屏蔽，以实现的射频测试解决方案。

测试开发进程
我们记录了计划中的测试目标，并需达到下列特性：
 板卡测试需在5分钟内完成
 每月需能测试3000组产品
 测试期间不能有人为干预
 即使非技术人员也能操作
 测试针可存取板卡另一边的所有测试点
 包含除错设备
 可针对未来产品随时扩充，如更多的射频频带与频宽
我们将测试分为3大块：

在使用NI产品之前，我们已经评估过多款系统，希望取代传统的生产ATE平台。 我们也希望能够尽快使用现成技术，以此降低自定制解决方案的成本。 我们的测试平台也具有足够的灵活性，来满足自定制MEMS测试需求，且无需牺牲任何仪器速度或性能。
NI的PXI平台具备的测试功能，可解决我们所面临的难题。 作为开放性的标准，PXI 10多年来已在各个行业中得到普及。 PXI具备的灵活度与模块化特性，可开发我们所需的MEMS测试系统，并随时重新设定以满足多样的测试需求。 若要在多个地点进行测试，我们只要插入更多模块，无需变更现有软件，即可复制测试资源，从而根据传输量需求来随时调整设备。
针对现有工具，软件环境也要能轻松建立操作、数据与编程设计界面，从而将新的ATE系统整合到产线中。 LabVIEW软件已广泛用于我们的特性描述与设计实验室，并可解决相关难题。 我们本来也考虑使用ANSI C或C++作为测试软件，但在测试过LabVIEW的多项功能后，我们对LabVIEW的性能及其多核心技术印象深刻。