運用LabVIEW令“20歲”的機器人規(guī)復生機
Author(s):JonasNeubert-ImperialCollegeLondonIndustry:ResearchProducts:CompactRIO,FPGAModule,Real-TImeModuleTheChallenge:為已喪失節(jié)制器的20歲工業(yè)機器人替換新的節(jié)制器，并對其開展擴大，使之具有當代機器人節(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、適于本科生實驗課程的體系。
TheSoluTIon:利用NICompactRIO操縱器作為機械人驅(qū)動器和編碼器取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，實現(xiàn)機械人活動軟件，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)機械人手藝閱歷了飛速的成長。自二十世紀80年代以來，它們曾經(jīng)由只能以有限精度沿著預(yù)訂軌跡活動的抓放式機械人，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，與此同時可常常取視覺體系及出產(chǎn)單位中的別的機械人舉行交互的體系。這便是我們正在大學的堆棧中發(fā)覺20歲的三菱Movemaster機械人時，第一反應(yīng)是決議把它送給博物館的緣故原由。然則，一個西席決議把它交給我——那時我還只是一位帝國理工學院的本科生，來使機械人“復生”。項目方針起初的時分，三菱Movemaster機械人配有一個手持式講授盒、一個微波爐巨細的驅(qū)動單位和一個可經(jīng)由過程串行接口將全部機械樞紐所需的角位置傳輸?shù)津?qū)動單位的可選計算機。然則現(xiàn)正在全部外設(shè)皆喪失了，所以我們須要修復機械人底座上的36根未定義管腳，使其規(guī)復原有的功用。我們須要替代之前適用于由PC機的可視化用戶界面來操縱機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，我們須要創(chuàng)建出一種能夠答應(yīng)學生正在將來舉行便利擴大的體系。設(shè)計選項體系所需的通道數(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的挑釁，超越了本科生項目標時限和規(guī)模。因為美國國度儀器公司的產(chǎn)物，能夠給予由數(shù)據(jù)收集到初級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可編程主動操縱器，利用它來實時收集和處置懲罰所需數(shù)目標旌旗燈號。雖然產(chǎn)物的耗費超越了典范本科生項目標預(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目中共用這一個操縱器。
快遞公司分揀機器人食品分揀機器人銷售商閃兔分揀機快件自動分揀機器人旌旗燈號I/OCompactRIO操縱器的現(xiàn)場可編程門陣列(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個自力的PWM旌旗燈號，輸出10個數(shù)字旌旗燈號到外部的馬達驅(qū)動芯片，與此同時以100kHz頻次對10條編碼通道舉行采樣。正在FPGA上，我們將每一個機器人樞紐上的兩個編碼器上得到的旌旗燈號，顯現(xiàn)成整數(shù)以表現(xiàn)相對的樞紐角度。運用NI網(wǎng)站上供應(yīng)的VI資助我們進一步縮短了FPGA上VI的開辟工夫。兩個高速切換的數(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上運轉(zhuǎn)，能夠充分哄騙LabVIEW8.5的特征。運用基于事務(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機器人，來設(shè)定機器人終端效應(yīng)器的笛卡爾坐標位置和標的目的。然后舉行坐標變更，計算出每一個機器人樞紐所需的樞紐角。這一些數(shù)據(jù)會反饋給操縱器子VI，由所需和事實的樞紐角入彀算出機電下令旌旗燈號。為了同意門生們正在未來實現(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正在每一次運轉(zhuǎn)時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用LabVIEW環(huán)境下的全部功用，而只會運用貧乏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器人軟件，但門生們?nèi)耘f能夠運用它開辟機器人操縱器，并正在機器人上舉行測試。我們的“老”機器人的可靠性是全部項目中的一個題目，我們須要一個機器人仿真以便我們正在機器人維修時繼承事情。運用LabVIEW3D圖象操縱，我們創(chuàng)建了機器人的表示原理圖。運用圖形化用戶界面，用戶能夠得知軟件是不是切確表現(xiàn)了當前機器人的位置。當可視化取事實不符應(yīng)時，用戶可將機器人送到啟動原點，并按下按鈕重新啟動軟件。結(jié)論運用CompactRIO和LabVIEW，我們能夠正在同一個編程環(huán)境中，由零開始構(gòu)建完備的機器人驅(qū)動和操縱體系。借助于CompactRIO操縱器的易用性，運用高科技的FPGA技能來叫醒我們的“骨董”機器人的確易如反掌。作為本科生的我，哄騙不到九個月的兼職項目事情，就開辟出了包孕軟件和硬件的全部體系。
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