基于LabVIEW和PXI平臺的并聯(lián)機器人控制系統的開(kāi)發(fā)

應用方案：
以6-PPPS六自由度并聯(lián)機器人為對象，以PXI-1042內嵌PXI-8186控制器為核心，采用PXI-7356多軸運動(dòng)控制卡和UMI-7774接口板驅動(dòng)6個(gè)伺服電機，采用多軸控制卡的配套軟件和LabVIEW 8.0實(shí)現電機完全同步、并聯(lián)機器人的多軸協(xié)調軌跡控制、軌跡曲線(xiàn)選擇與顯示等關(guān)鍵技術(shù)，采用PXI-6511數字輸入卡實(shí)現操作按鈕及狀態(tài)指示等開(kāi)關(guān)量控制，并利用PID軟件包和RT模塊的強大功能實(shí)現快速開(kāi)發(fā)。軟件開(kāi)發(fā)上采用了用戶(hù)事件技術(shù)、通知或隊列技術(shù)等LabVIEW的高級編程技術(shù)，解決了各用戶(hù)界面和各模塊之間的實(shí)時(shí)切換；各種變量的應用則實(shí)現不同模塊之間的信息傳遞和共享；VI動(dòng)態(tài)載入技術(shù)，實(shí)現子VI的即調即用和多面板的動(dòng)態(tài)載入及界面重用；充分利用LabVIEW強大的外部接口
能力，實(shí)現了動(dòng)態(tài)鏈接庫（DLL）和Windows API的調用，并嵌入了Matlab并聯(lián)機器人運動(dòng)學(xué)模型，使程序不但具有強大的功能，也使得復雜的計算更為快捷。

使用的產(chǎn)品：
PXI-1042 機箱、
PXI-8186 控制器、
PXI-7356 運動(dòng)控制卡、
UMI-7774 通用運動(dòng)控制接口、
PXI-6511 工業(yè)數字I/0卡、
LabVIEW 8.0、
LabVIEW RT(實(shí)時(shí)模塊)、
Control Design and Simulation Bundle
Labview Control Design Toolkit
Labview System Identification Toolkit
Labview Simulation Interface
Toolkit
Labview Simulation Module
Motion Assistant

介紹：
并聯(lián)機器人以其剛度大、承載能力強、誤差小、精度高、自重負荷比小、動(dòng)力性能好等優(yōu)點(diǎn)，不僅僅是當前機器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，而且正逐漸走出實(shí)驗室被工業(yè)界所認可。穩定、快速、準確的開(kāi)放式數字控制系統是制約并聯(lián)機器人發(fā)
展的瓶頸之一。其中實(shí)時(shí)性較強的多軸運動(dòng)控制卡和功能完善的軟件開(kāi)發(fā)平臺為其技術(shù)關(guān)鍵，應用NI公司的一系列軟硬件產(chǎn)品不僅能夠實(shí)現機器人的精確多軸運動(dòng)控制，而且節約了開(kāi)發(fā)周期、降低了系統成本、易于維護升級，特別是虛擬儀器技術(shù)的應用，使得系統能夠有一個(gè)非常友好的人機交流界面。這些優(yōu)點(diǎn)為多自由度并聯(lián)機器人走向市場(chǎng)提供了保證。
本方案中，以L(fǎng)abVIEW為軟件平臺，以嵌入多軸運動(dòng)控制卡（PXI-7356）的PXI開(kāi)發(fā)平臺為硬件基礎，充分利用各種軟件模塊和工具包，快速開(kāi)發(fā)了滿(mǎn)足六維運動(dòng)的6-DOF（Degree of Freedom）并聯(lián)機器人控制系統。在本控制系統的開(kāi)發(fā)和研制過(guò)程中實(shí)現了多電機同步、多軸協(xié)調軌跡控制、軌跡曲線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示與選擇、面板的動(dòng)態(tài)載入與重構、信息的調用與共享等功能。實(shí)驗結果證明，應用NI公司系列產(chǎn)品不僅能夠快速地開(kāi)發(fā)出并聯(lián)機器人的控制系統，提高系統的性?xún)r(jià)比；而且能得到比較完美的系統特性，如：25KHz—25.6MHz的編碼器反饋信號濾波范圍使得系統能夠在強電干擾的工業(yè)現場(chǎng)的穩定工作，6軸PID控制周期可以達到250μs使得實(shí)時(shí)性遠遠高于一般控制控制系統1ms的要求，機器人六軸協(xié)調運動(dòng)后的末端執行器穩態(tài)誤差可達1μm體現了系統精確的特性。

研究背景：
并聯(lián)機器人以其卓越的性能正在走出實(shí)驗室，步入工業(yè)界和人們最為熟悉的日常生活中。早在1962年Gough and Whitehall就把并聯(lián)機器人作為輪胎檢測機。最近幾十年中，并聯(lián)機器人被用于飛行器模擬器、微操作機器人、手術(shù)機器人以及大型射電望遠鏡中的例子舉不勝舉。然而，此類(lèi)并聯(lián)機器人大多存在開(kāi)發(fā)周期長(cháng)、系統不開(kāi)放維護和升級困難、造價(jià)高昂以及系統特性不完善等缺點(diǎn)，這也是制約并聯(lián)機器人全面走向市場(chǎng)的瓶頸。如何在較短的時(shí)間內開(kāi)發(fā)出系統特性好、成本低、功能齊全、界面友好的多自由度并聯(lián)機器人控制系統是一項挑戰性的工作。
本文以6-PPPS并聯(lián)機器人為控制對象，以NI公司的系列軟硬件產(chǎn)品為基礎，依托國家自然基金（No. 30770538）的支持，快速開(kāi)發(fā)了此并聯(lián)機器人的開(kāi)放式數字控制系統。