使用LabVIEW令“20歲”的機器人恢復活力

作者：時(shí)間：2009-11-29 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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　　信號I/O
　　
　　CompactRIO控制器的現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)背板，能夠以完全并行化的方式讀取、輸出和處理I/O模塊通道。利用數量充足的可編程門(mén)電路，我們能夠以1kHz的頻率輸出5個(gè)獨立的PWM信號，輸出10個(gè)數字信號到外部的馬達驅動(dòng)芯片，同時(shí)以100kHz頻率對10條編碼通道進(jìn)行采樣。在FPGA上，我們將每個(gè)機器人關(guān)節上的兩個(gè)編碼器上獲得的信號，顯示成整數以表示相對的關(guān)節角度。使用NI網(wǎng)站上提供的VI幫助我們進(jìn)一步縮短了FPGA上VI的開(kāi)發(fā)時(shí)間。兩個(gè)高速切換的數字輸出和數字輸入模塊為我們的應用提供了充足的通道數。
　　
　　圖形化用戶(hù)界面
　　
　　上述硬件接口的功能一定程度上受到FPGA技術(shù)能力的限制，但是系統的用戶(hù)界面在Windows PC上運行，可以充分利用LabVIEW 8.5的特性。使用基于事件的界面，用戶(hù)可以通過(guò)輸入位置向量或上下、左右和前后增量式移動(dòng)機器人，來(lái)設定機器人終端效應器的笛卡爾坐標位置和方向。然后進(jìn)行坐標變換，計算出每個(gè)機器人關(guān)節所需的關(guān)節角。這些數據會(huì )反饋給控制器子VI，從所需和實(shí)際的關(guān)節角中計算出電機命令信號。
　　
　　為了允許學(xué)生們在將來(lái)實(shí)現不同的控制算法，只要模板定義的前面板元件存在，控制器子VI在每次運行時(shí)都加載并可以包含任意的邏輯。這非常有用，因為學(xué)生們可能不能使用LabVIEW環(huán)境下的所有功能，而只能使用缺少LabVIEW FPGA和LabVIEW Real-Time Module的學(xué)生版本。雖然學(xué)生版軟件不能打開(kāi)全部的機器人軟件，但學(xué)生們仍然可以使用它開(kāi)發(fā)機器人控制器，并在機器人上進(jìn)行測試。
　　
　　我們的“老”機器人的可靠性是整個(gè)項目中的一個(gè)問(wèn)題，我們需要一個(gè)機器人仿真以便我們在機器人維修時(shí)繼續工作。使用LabVIEW 3D圖像控制，我們創(chuàng )建了機器人的示意原理圖。使用圖形化用戶(hù)界面，用戶(hù)可以得知軟件是否精確表示了當前機器人的位置。當可視化與現實(shí)不符合時(shí)，用戶(hù)可將機器人送到啟動(dòng)原點(diǎn)，并按下按鈕重新啟動(dòng)軟件。
　　
　　結論
　　
　　使用CompactRIO和LabVIEW，我們可以在同一個(gè)編程環(huán)境中，從零開(kāi)始構建完整的機器人驅動(dòng)和控制系統。借助于CompactRIO控制器的易用性，使用高科技的FPGA技術(shù)來(lái)喚醒我們的“古董”機器人簡(jiǎn)直輕而易舉。作為本科生的我，利用不到九個(gè)月的兼職項目工作，就開(kāi)發(fā)出了包括軟件和硬件的整個(gè)系統。

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