運(yùn)用LabVIEW令“20歲”的機(jī)器人規(guī)復(fù)生機(jī)
Author(s):JonasNeubert-ImperialCollegeLondonIndustry:ResearchProducts:CompactRIO,FPGAModule,Real-TImeModuleTheChallenge:為已喪失節(jié)制器的20歲工業(yè)機(jī)器人替換新的節(jié)制器，并對(duì)其開展擴(kuò)大，使之具有當(dāng)代機(jī)器人節(jié)制軟件中的典范功效。建立可通過直觀圖形化用戶界面(GUI)操縱的、適于本科生實(shí)驗(yàn)課程的體系。
TheSoluTIon:利用NICompactRIO操縱器作為機(jī)械人驅(qū)動(dòng)器和編碼器取LabVIEW8.5軟件、比例-積分-微分(PID)工具箱、3D圖象渲染和VI服務(wù)器間的接口，實(shí)現(xiàn)機(jī)械人活動(dòng)軟件，并能夠經(jīng)由過程圖形界面舉行拜訪。正在曩昔的幾十年里，工業(yè)機(jī)械人手藝閱歷了飛速的成長。自二十世紀(jì)80年代以來，它們?cè)?jīng)由只能以有限精度沿著預(yù)訂軌跡活動(dòng)的抓放式機(jī)械人，成長成具有高精度、能夠正在手術(shù)室中使用，并且靈敏適應(yīng)環(huán)境，與此同時(shí)可常常取視覺體系及出產(chǎn)單位中的別的機(jī)械人舉行交互的體系。這便是我們正在大學(xué)的堆棧中發(fā)覺20歲的三菱Movemaster機(jī)械人時(shí)，第一反應(yīng)是決議把它送給博物館的緣故原由。然則，一個(gè)西席決議把它交給我——那時(shí)我還只是一位帝國理工學(xué)院的本科生，來使機(jī)械人“復(fù)生”。項(xiàng)目方針起初的時(shí)分，三菱Movemaster機(jī)械人配有一個(gè)手持式講授盒、一個(gè)微波爐巨細(xì)的驅(qū)動(dòng)單位和一個(gè)可經(jīng)由過程串行接口將全部機(jī)械樞紐所需的角位置傳輸?shù)津?qū)動(dòng)單位的可選計(jì)算機(jī)。然則現(xiàn)正在全部外設(shè)皆喪失了，所以我們須要修復(fù)機(jī)械人底座上的36根未定義管腳，使其規(guī)復(fù)原有的功用。我們須要替代之前適用于由PC機(jī)的可視化用戶界面來操縱機(jī)械人的過期的編程言語。考慮須要保存大概作為講授輔佐的使用，我們須要?jiǎng)?chuàng)建出一種能夠答應(yīng)學(xué)生正在將來舉行便利擴(kuò)大的體系。設(shè)計(jì)選項(xiàng)體系所需的通道數(shù)(15路脈寬調(diào)制[PWM]數(shù)字輸出和10路數(shù)字輸入)和采樣速率(PWM為1kHz而輸入采樣速率為100kHz)皆沒有超越尺度微操縱器電路板的個(gè)性化解決方案的規(guī)模。然則，編程環(huán)境的多樣性和開辟如許體系所面對(duì)的挑釁，超越了本科生項(xiàng)目標(biāo)時(shí)限和規(guī)模。因?yàn)槊绹鴩葍x器公司的產(chǎn)物，能夠給予由數(shù)據(jù)收集到初級(jí)圖形用戶界面開辟等全部所需的功用，有目共睹能夠作為我們的挑選之一。我們挑選了CompactRIO可編程主動(dòng)操縱器，利用它來實(shí)時(shí)收集和處置懲罰所需數(shù)目標(biāo)旌旗燈號(hào)。雖然產(chǎn)物的耗費(fèi)超越了典范本科生項(xiàng)目標(biāo)預(yù)算，但考慮CompactRIO的全面性和易用性，我們照樣挑選了它。我們能夠正在5分鐘內(nèi)設(shè)定好CompactRIO操縱器(包孕接線和全部軟件的布置)，并且能夠正在其他項(xiàng)目中共用這一個(gè)操縱器。
快遞公司分揀機(jī)器人食品分揀機(jī)器人銷售商閃兔分揀機(jī)快件自動(dòng)分揀機(jī)器人旌旗燈號(hào)I/OCompactRIO操縱器的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)背板，能夠以完整并行化的體式格局讀取、輸出和處置I/O模塊通道。哄騙數(shù)目足夠的可編程門電路，我們能夠以1kHz的頻次輸出5個(gè)自力的PWM旌旗燈號(hào)，輸出10個(gè)數(shù)字旌旗燈號(hào)到外部的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片，與此同時(shí)以100kHz頻次對(duì)10條編碼通道舉行采樣。正在FPGA上，我們將每一個(gè)機(jī)器人樞紐上的兩個(gè)編碼器上得到的旌旗燈號(hào)，顯現(xiàn)成整數(shù)以表現(xiàn)相對(duì)的樞紐角度。運(yùn)用NI網(wǎng)站上供應(yīng)的VI資助我們進(jìn)一步縮短了FPGA上VI的開辟工夫。兩個(gè)高速切換的數(shù)字輸出和數(shù)字輸入模塊為我們的使用供應(yīng)了足夠的通道數(shù)。圖形化用戶界面以上硬件接口的功用肯定程度上受到FPGA技能才能的限定，然則體系的用戶界面正在WindowsPC上運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠充分哄騙LabVIEW8.5的特征。運(yùn)用基于事務(wù)的界面，用戶能夠根據(jù)輸入位置向量或高低、擺布和前后增量式移動(dòng)機(jī)器人，來設(shè)定機(jī)器人終端效應(yīng)器的笛卡爾坐標(biāo)位置和標(biāo)的目的。然后舉行坐標(biāo)變更，計(jì)算出每一個(gè)機(jī)器人樞紐所需的樞紐角。這一些數(shù)據(jù)會(huì)反饋給操縱器子VI，由所需和事實(shí)的樞紐角入彀算出機(jī)電下令旌旗燈號(hào)。為了同意門生們正在未來實(shí)現(xiàn)不一樣的操縱算法，只要模板界說的前面板元件存正在，操縱器子VI正在每一次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)皆加載并能夠包羅肆意的邏輯。這極度有效，由于門生們也許不能夠運(yùn)用LabVIEW環(huán)境下的全部功用，而只會(huì)運(yùn)用貧乏LabVIEWFPGA和LabVIEWReal-TImeModule的門生版本。雖然門生版軟件不能夠翻開全部的機(jī)器人軟件，但門生們?nèi)耘f能夠運(yùn)用它開辟機(jī)器人操縱器，并正在機(jī)器人上舉行測(cè)試。我們的“老”機(jī)器人的可靠性是全部項(xiàng)目中的一個(gè)題目，我們須要一個(gè)機(jī)器人仿真以便我們正在機(jī)器人維修時(shí)繼承事情。運(yùn)用LabVIEW3D圖象操縱，我們創(chuàng)建了機(jī)器人的表示原理圖。運(yùn)用圖形化用戶界面，用戶能夠得知軟件是不是切確表現(xiàn)了當(dāng)前機(jī)器人的位置。當(dāng)可視化取事實(shí)不符應(yīng)時(shí)，用戶可將機(jī)器人送到啟動(dòng)原點(diǎn)，并按下按鈕重新啟動(dòng)軟件。結(jié)論運(yùn)用CompactRIO和LabVIEW，我們能夠正在同一個(gè)編程環(huán)境中，由零開始構(gòu)建完備的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)和操縱體系。借助于CompactRIO操縱器的易用性，運(yùn)用高科技的FPGA技能來叫醒我們的“骨董”機(jī)器人的確易如反掌。作為本科生的我，哄騙不到九個(gè)月的兼職項(xiàng)目事情，就開辟出了包孕軟件和硬件的全部體系。
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