利用LabVIEW令“20岁”的机器人规复活气

Author(s):JonasNeubert-ImperialCollegeLondonIndustry:ResearchProducts:CompactRIOFPGAModuleReal-TImeModuleTheChallenge:为曾经丧失控制器的20岁工业机器人替代新的控制器，并对其停止扩展，使之存在古代机器人控制软件中的典范功用。创立可经由过程直观图形化用户界面(GUI)操纵的、适于本科生试验课程的体系。

TheSoluTIon:利用NICompactRIO控制器作为机器人驱动器跟编码器与LabVIEW8.5软件、比例-积分-微分(PID)工具箱、3D图象衬着跟VI服务器间的接口，实现机器人运动软件，并可以经由过程图形界面停止接见。正在过来的几十年里，工业机器人技巧阅历了飞速的开展。自二十世纪80年月以来，它们曾经从只能以有限精度沿着预订轨迹运动的抓放式机器人，开展成存在高精度、可以正在手术室中使用，而且灵巧适应环境，同时可时常与视觉体系及出产单位中的别的机器人停止交互的体系。那就是咱们正在大学的堆栈中发明20岁的三菱Movemaster机器人时，第一反映是决意把它送给博物馆的缘故原由。可是，一个西席决意把它交给我——其时我借只是一位帝国理工学院的本科生，去使机器人“回生”。名目方针起初的时间，三菱Movemaster机器人配有一个手持式讲授盒、一个微波炉巨细的驱动单位跟一个可经由过程串行接口将一切机械枢纽所需的角地位传输到驱动单位的可选计算机。可是此刻一切外设皆丧失了，以是咱们须要修复机器人底座上的36根未定义管脚，使其规复原有的功用。咱们须要替代之前用于从PC机的可视化用户界面去节制机器人的过期的编程语言。思量到须要保存能够作为讲授帮助的使用，咱们须要创立出一种可以容许门生正在将来停止便利扩展的体系。计划选项体系所需的通道数(15路脉宽调制[PWM]数字输出跟10路数字输入)跟采样速度(PWM为1kHz而输入采样速度为100kHz)皆不超越尺度微控制器电路板的个性化解决方案的领域。可是，编程情况的多样性跟开辟如许体系所面对的应战，超越了本科生名目的时限跟规模。因为美国国度仪器公司的产物，可以供给从数据收罗到高等图形用户界面开辟等悉数所需的功用，显而易见可以作为咱们的取舍之一。咱们取舍了CompactRIO可编程自动控制器，应用它去及时收罗跟处置惩罚所需数目的旌旗灯号。虽然产物的破费超越了典范本科生名目的估算，但思量到CompactRIO的全面性跟易用性，咱们仍是取舍了它。咱们可以正在5分钟内设定好CompactRIO控制器(包罗接线跟一切软件的布置)，并且可以正在其他名目中共用那一个控制器。

旌旗灯号I/OCompactRIO控制器的现场可编程门阵列(FPGA)背板，可能以完整并行化的方法读取、输出跟处置惩罚I/O模块通道。应用数目足够的可编程门电路，咱们可能以1kHz的频次输出5个自力的PWM旌旗灯号，输出10个数字信号到内部的马达驱动芯片，同时以100kHz频次对10条编码通道停止采样。正在FPGA上，咱们将每一个机器人枢纽上的两个编码器上取得的旌旗灯号，显现成整数以默示绝对的枢纽角度。利用NI网站上供给的VI资助咱们进一步缩短了FPGA上VI的开辟工夫。两个高速切换的数字输出跟数字输入模块为咱们的使用供给了足够的通道数。图形化用户界面上述硬件接口的功用必然水平上遭到FPGA技巧才能的限定，可是体系的用户界面正在WindowsPC上运转，可以充分利用LabVIEW8.5的特性。利用基于事宜的界面，用户可以经由过程输入地位向量或高低、摆布跟前后增量式移动机器人，去设定机器人终端效应器的笛卡尔坐标地位跟标的目的。然后停止坐标变更，计较出每一个机器人枢纽所需的枢纽角。这些数据会反应给控制器子VI，从所需跟实际的枢纽角中计较出机电下令旌旗灯号。为了容许门生们正在未来实现分歧的控制算法，只有模板界说的前面板元件存在，控制器子VI正在每次运转时皆加载并可以包括随意率性的逻辑。那十分有用，由于门生们能够不克不及利用LabVIEW情况下的一切功用，而只能利用短少LabVIEWFPGA跟LabVIEWReal-TImeModule的门生版本。虽然门生版软件不克不及翻开悉数的机器人软件，但门生们依然可以利用它开辟机器人控制器，并正在机器人上停止测试。咱们的“老”机器人的可靠性是全部名目中的一个问题，咱们须要一个机器人仿真以便咱们正在机器人维修时继承事情。利用LabVIEW3D图象节制，咱们创立了机器人的表示原理图。利用图形化用户界面，用户可以得悉软件是不是正确默示了以后机器人的地位。当可视化与理想没有合乎时，用户可将机器人送到启动原点，并按下按钮重新启动软件。论断利用CompactRIO跟LabVIEW，咱们可以正在同一个编程情况中，从零开始构建完全的机器人驱动跟控制系统。借助于CompactRIO控制器的易用性，利用高科技的FPGA技巧去叫醒咱们的“古玩”机器人的确易如反掌。作为本科生的我，应用不到九个月的兼职名目事情，便开辟出了包罗软件跟硬件的全部体系。