使用NI LabVIEW令“20歲”的機(jī)器人恢復(fù)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(jī)器人替換新的控制器，并對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，使之具有現(xiàn)代機(jī)器人控制軟件中的典型功能。創(chuàng)建可通過(guò)直觀圖形化用戶界面(GUI)操作的、適于本科生實(shí)驗(yàn)課程的系統(tǒng)。

The Solution:
使用NI CompactRIO控制器作為機(jī)器人驅(qū)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(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軟件，并可以通過(guò)圖形界面進(jìn)行訪問(wèn)。

在過(guò)去的幾十年里，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。自二十世紀(jì)80年代以來(lái)，它們已經(jīng)從只能以有限精度沿著預(yù)訂軌跡運(yùn)動(dòng)的抓放式機(jī)器人，發(fā)展成具有高精度、可以在手術(shù)室中應(yīng)用，并且靈活適應(yīng)環(huán)境，同時(shí)可經(jīng)常與視覺(jué)系統(tǒng)及生產(chǎn)單元中的其它機(jī)器人進(jìn)行交互的系統(tǒng)。這就是我們?cè)诖髮W(xué)的倉(cāng)庫(kù)中發(fā)現(xiàn)20歲的三菱Movemaster機(jī)器人時(shí)，第一反應(yīng)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(dāng)時(shí)我還只是一名帝國(guó)理工學(xué)院的本科生，來(lái)使機(jī)器人“復(fù)活”。

項(xiàng)目目標(biāo)

早先的時(shí)候，三菱Movemaster機(jī)器人配有一個(gè)手持式教學(xué)盒、一個(gè)微波爐大小的驅(qū)動(dòng)單元和一個(gè)可通過(guò)串行接口將所有機(jī)器關(guān)節(jié)所需的角位置傳輸?shù)津?qū)動(dòng)單元的可選計(jì)算機(jī)。但是現(xiàn)在所有外設(shè)都丟失了，所以我們需要修復(fù)機(jī)器人底座上的36根未定義管腳，使其恢復(fù)原有的功能。我們需要替換以前用于從PC機(jī)的可視化用戶界面來(lái)控制機(jī)器人的過(guò)時(shí)的編程語(yǔ)言。考慮到需要保留可能作為教學(xué)輔助的應(yīng)用，我們需要?jiǎng)?chuàng)建出一種可以允許學(xué)生在未來(lái)進(jìn)行便捷擴(kuò)展的系統(tǒng)（特別是不同的控制算法）。

設(shè)計(jì)選項(xiàng)

在我們?cè)噲D對(duì)機(jī)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(tǒng)的總體布局。首先，我們需要開發(fā)I/O解決方案驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的5個(gè)直流電機(jī)，并同時(shí)讀取編碼器信號(hào)。第二，我們需要將信息傳輸?shù)綐?biāo)準(zhǔn)PC機(jī)上并將其在圖形界面上顯示出來(lái)。

系統(tǒng)所需的通道數(shù)(15路脈寬調(diào)制[PWM]數(shù)字輸出和10路數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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)境的多樣性和開發(fā)這樣系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)，超出了本科生項(xiàng)目的時(shí)限和范圍。由于美國(guó)國(guó)家儀器公司的產(chǎn)品，可以提供從數(shù)據(jù)采集到高級(jí)圖形用戶界面開發(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(shù)量的信號(hào)。雖然產(chǎn)品的花費(fèi)超出了典型本科生項(xiàng)目的預(yù)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(nèi)設(shè)定好CompactRIO控制器(包括接線和所有軟件的部署)，而且可以在其他項(xiàng)目中共用這一個(gè)控制器。