利用LabVIEW NI SoftMotion模塊和SolidWorks改進設計流程

　　行業(yè):

　　Manufacturing

　　產(chǎn)品:

　　CompactRIO, NI SoftMotion開發(fā)模塊, NI 9512, LabVIEW

　　挑戰(zhàn):

　　在求解六軸機器人手臂的逆運動學方程后，無需裝配物理測試平臺，利用開發(fā)測試方程和NI LabVIEW VI的平臺，即可仿真測試運動性能并優(yōu)化設計方法。

　　解決方案:

　　使用LabVIEW NI SoftMotion模塊設計VI可以運行裝配文件并在CAD模型中進行仿真，在SolidWorks創(chuàng)建三維模型構建六自由度(DOF)系統(tǒng)的虛擬物理表現(xiàn)，然后使用NI cRIO-9024嵌入式實時控制器和六個NI 9512模塊開發(fā)實際裝配系統(tǒng)。

　　"我們探索了所有選項，選擇采用LabVIEW作為我們的控制編程工具。在參加了2009年的NIWeek全球圖形化系統(tǒng)設計會議后，我們了解許多全新的NI工具包和模塊，它們可能是滿足我們系統(tǒng)開發(fā)需求的良好解決方案。"

　　Square One是關注滿足更多用戶技術需求的機器人和自動化公司。我們利用多種技術，通過提供高精度的高級運動學定位系統(tǒng)，滿足物理科學研究員和軍事應用工程師的需求。將商業(yè)機器人和我們正在申請專利的三球機械臂集成到全新和現(xiàn)有的工作單元中，通過提高現(xiàn)有工業(yè)標準的效率和精度，幫助改進性能。

　　專業(yè)項目

　　三球機械臂允許目標位置在六個自由度內精確調節(jié)。三球機械臂的基本構造單元是“插槽”機制，它可以在垂直和水平方向調整，且可以在其他水平方向滑動。通過將這些插槽布置為三角架的形狀，就可以創(chuàng)建純運動學調節(jié)系統(tǒng)。Square One設計了基于三球的機械臂，讓檢測傳感器、夾具和操作員觸覺反饋的精確定位成為可能，這提高了目前無人駕駛地面車輛(UGV)的可用性。三球機械臂提高了工作封套和UGV檢測硬件的精度，因此讓它能夠挖掘和移動殘骸、檢查車輛車盤和完成大部分現(xiàn)在使用的機器人所無法完成的其他任務。這就是約束區(qū)域機器人手臂(CARMA)開發(fā)。

　　將這個項目作為提高設計流程效率并大幅擴展運動控制能力的機會，我們使用了NI原型開發(fā)設計工具。之前，我們的方法是完全在SolidWorks中設計定位系統(tǒng)，創(chuàng)建裝配用的總成裝配圖。在完成裝配之后，我們基于PC/104設計控制部分，在現(xiàn)有機械設計中滿足每個獨立項目所需的運動控制規(guī)范。將軟件開發(fā)步驟移到整個設計流程中更高位置讓機械設計包含控制硬件所需的傳感器和必要空間。通過結合軟件和機械設計，我們減少了開發(fā)提供過程中的迭代次數(shù)和修改次數(shù)。

　　我們的第一步是確定全新的控制方案。通過改變幾何參數(shù)讓我們的軟件更為模塊化，我們開發(fā)了運動控制方程的“邏輯”集合。能夠在任何給定的軸之間協(xié)調運動，從而大大擴展了三球的功能。另外，測試平臺對于驗證方程功能而言是十分重要的。在認識到僅僅為了測試而生成多個不同配置并不現(xiàn)實之后，我們轉而使用仿真軟件作為新技術的測試平臺。

　　在研究了現(xiàn)有軟件工具后，我們將選項縮小為The MathWorks, Inc. MATLAB® with Simulink®軟件和用于SolidWorks的LabVIEW NI SoftMotion模塊。我們在SolidWorks中完成了最初設計，使用MATLAB求解方程。到這里為止，我們只使用LabVIEW開發(fā)用戶界面。使用Linux可編程機器配置所有電機指令和控制;同時，我們再積極地搜索能夠將控制體系結構進行標準化的用戶友好的編程軟件。

　　我們探索了所有可用工具，選擇了采用LabVIEW進行控制編程。在參加了2009年的NIWeek全球圖形化系統(tǒng)設計會議后，我們了解許多全新的NI工具包和模塊，它們可以滿足我們的系統(tǒng)開發(fā)需求。LabVIEW能夠讀取運動軌跡的MATLAB代碼，LabVIEW NI SoftMotion模塊包含了電機控制和通過NI C系列驅動接口模塊用于連接所需的傳感器。LabVIEW VI與SolidWorks匯編文件之間的通信是整個項目中關鍵之處。因此，我們決定為三球機械臂和所有自動化系統(tǒng)開發(fā)，使用NI軟件和硬件作為設計解決方案。最后，我們決定使用LabVIEW函數(shù)組合求解之前在MATLAB完成的高階數(shù)學問題。