Bối cảnh: Để thu hút sinh viên từ nhiều chuyên ngành tiếp cận robotics, cần môi trường lập trình dễ dùng, tận dụng MATLAB – ngôn ngữ quen thuộc với kỹ sư. Các giải pháp hiện có như ARIA+MEX, ROS Robotics Toolbox yêu cầu cài đặt phức tạp và phụ thuộc hệ điều hành, gây khó khăn trong môi trường dùng chung ở trường.

Hệ thống: Pioneer P3‑DX dùng firmware ARCOS điều khiển động cơ, đọc encoder/sonar, giao tiếp với client qua gói dữ liệu SIP định kỳ (100 ms) và lệnh điều khiển (command packet). Client phải duy trì kết nối bằng gói “Pulse” 1 Hz. Các client phổ biến: ARIA (C++), ROSARIA (ROS), MATLAB+MEX (gọi ARIA).

NMRI (NPS MATLAB Robot Interface): hoàn toàn viết bằng hàm MATLAB cơ bản, kết nối ARCOS trực tiếp, không cần thư viện ngoài; yêu cầu duy nhất là MATLAB và robot (hoặc giả lập MobileSim). Cấu trúc gồm:

• SIP timer: đọc/gỡ gói SIP, cập nhật biến toàn cục (vị trí 2D, heading, dữ liệu sonar, bumper…).
• - Heartbeat timer: gửi lệnh Pulse mỗi ~1,5 s để giữ kết nối.
• - Bộ hàm MATLAB (p3_connector, p3_disconnector, p3_setTransVel, p3_setRotVel, p3_getSonarData, p3_getBumpersClear, p3_getXYHeading, p3_stopRobot…) cho phép lập trình chuyển động, đọc cảm biến.

Ví dụ example_wander.m: robot di chuyển tránh vật cản bằng phương pháp trường thế nhân tạo, đọc sonar, tính lực đẩy–hút, điều chỉnh vận tốc thẳng/ xoay, dừng khi bumper/ khoảng trống dưới ngưỡng.

Kiểm thử: chạy trên PC Windows 7 thường, kết nối qua cổng nối tiếp–WiFi. Đo thời gian:

• Chu kỳ Heartbeat: ~1,5 s, σ=3,7 ms; thời gian thực thi ~1,6 ms.
• - Chu kỳ SIP handler: ~98,2 ms, σ=5,7 ms; thời gian thực thi ~1,8 ms.
• - Thời gian thực thi vòng điều khiển ví dụ rất nhỏ (~0,34 ms), đảm bảo xử lý kịp chu kỳ 100 ms SIP.

Tích hợp MobileSim: kết nối qua TCP/IP nội bộ, có thể giả lập sonar, vị trí, kiểm tra thuật toán trước khi chạy robot thật.

Kết luận: NMRI là công cụ dạy học gọn nhẹ, dễ bảo trì, cho phép sinh viên nhanh chóng lập trình và thử nghiệm ý tưởng robotics bằng MATLAB, tương thích cả môi trường giả lập và robot thật, dễ tích hợp với các toolbox MATLAB khác. Hạn chế: độ trễ MATLAB, ít tính năng nâng cao, không phù hợp ứng dụng yêu cầu thời gian thực nghiêm ngặt.