使用LabVIEW令“20歲”的機器人恢復活力

　　Author(s):
　　
　　Jonas Neubert - Imperial College London
　　
　　Industry:
　　
　　Research
　　
　　Products:
　　
　　CompactRIO, FPGA Module, Real-Time Module
　　
　　The Challenge:
　　
　　為已經(jīng)丟失控制器的20歲工業(yè)機器人替換新的控制器，并對其進(jìn)行擴展，使之具有現代機器人控制軟件中的典型功能。創(chuàng )建可通過(guò)直觀(guān)圖形化用戶(hù)界面(GUI)操作的、適于本科生實(shí)驗課程的系統。

　　
　　The Solution:
　　
　　使用NI CompactRIO控制器作為機器人驅動(dòng)器和編碼器與LabVIEW 8.5軟件、 比例-積分-微分(PID)工具箱、3D圖像渲染和VI服務(wù)器間的接口，實(shí)現機器人運動(dòng)軟件，并可以通過(guò)圖形界面進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
　　
　　在過(guò)去的幾十年里，工業(yè)機器人技術(shù)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。自二十世紀80年代以來(lái)，它們已經(jīng)從只能以有限精度沿著(zhù)預訂軌跡運動(dòng)的抓放式機器人，發(fā)展成具有高精度、可以在手術(shù)室中應用，并且靈活適應環(huán)境，同時(shí)可經(jīng)常與視覺(jué)系統及生產(chǎn)單元中的其它機器人進(jìn)行交互的系統。這就是我們在大學(xué)的倉庫中發(fā)現20歲的三菱Movemaster機器人時(shí)，第一反應是決定把它送給博物館的原因。但是，一個(gè)教師決定把它交給我 —— 當時(shí)我還只是一名帝國理工學(xué)院的本科生，來(lái)使機器人“復活”。
　　
　　項目目標
　　
　　早先的時(shí)候，三菱Movemaster機器人配有一個(gè)手持式教學(xué)盒、一個(gè)微波爐大小的驅動(dòng)單元和一個(gè)可通過(guò)串行接口將所有機器關(guān)節所需的角位置傳輸到驅動(dòng)單元的可選計算機。但是現在所有外設都丟失了，所以我們需要修復機器人底座上的36根未定義管腳，使其恢復原有的功能。我們需要替換以前用于從PC機的可視化用戶(hù)界面來(lái)控制機器人的過(guò)時(shí)的編程語(yǔ)言?？紤]到需要保留可能作為教學(xué)輔助的應用，我們需要創(chuàng )建出一種可以允許學(xué)生在未來(lái)進(jìn)行便捷擴展的系統（特別是不同的控制算法）。
　　
　　設計選項
　　
　　在我們試圖對機器人進(jìn)行逆向工程后，我們需要通過(guò)兩個(gè)主要步驟確定系統的總體布局。首先，我們需要開(kāi)發(fā)I/O解決方案驅動(dòng)機器人的5個(gè)直流電機，并同時(shí)讀取編碼器信號。第二，我們需要將信息傳輸到標準PC機上并將其在圖形界面上顯示出來(lái)。
　　
　　系統所需的通道數(15路脈寬調制[PWM]數字輸出和10路數字輸入)和采樣速率(PWM為1kHz而輸入采樣速率為100kHz)都沒(méi)有超出標準微控制器電路板的個(gè)性化解決方案的范疇。但是，編程環(huán)境的多樣性和開(kāi)發(fā)這樣系統所面臨的挑戰，超出了本科生項目的時(shí)限和范圍。由于美國國家儀器公司的產(chǎn)品，可以提供從數據采集到高級圖形用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)等全部所需的功能，顯而易見(jiàn)可以作為我們的選擇之一。
　　
　　我們選擇了CompactRIO可編程自動(dòng)控制器，利用它來(lái)實(shí)時(shí)采集和處理所需數量的信號。雖然產(chǎn)品的花費超出了典型本科生項目的預算，但考慮到CompactRIO的全面性和易用性，我們還是選擇了它。我們可以在5分鐘內設定好CompactRIO控制器(包括接線(xiàn)和所有軟件的部署)，而且可以在其他項目中共用這一個(gè)控制器。