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

　　
　　The Solution:
　　
　　使用NI CompactRIO控制器作為機器人驅(qū)動器和編碼器與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，實現(xiàn)機器人運動軟件，并可以通過圖形界面進(jìn)行訪問。
　　
　　在過去的幾十年里，工業(yè)機器人技術(shù)經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。自二十世紀(jì)80年代以來，它們已經(jīng)從只能以有限精度沿著預(yù)訂軌跡運動的抓放式機器人，發(fā)展成具有高精度、可以在手術(shù)室中應(yīng)用，并且靈活適應(yīng)環(huán)境，同時可經(jīng)常與視覺系統(tǒng)及生產(chǎn)單元中的其它機器人進(jìn)行交互的系統(tǒng)。這就是我們在大學(xué)的倉庫中發(fā)現(xiàn)20歲的三菱Movemaster機器人時，第一反應(yīng)是決定把它送給博物館的原因。但是，一個教師決定把它交給我 —— 當(dāng)時我還只是一名帝國理工學(xué)院的本科生，來使機器人“復(fù)活”。
　　
　　項目目標(biāo)
　　
　　早先的時候，三菱Movemaster機器人配有一個手持式教學(xué)盒、一個微波爐大小的驅(qū)動單元和一個可通過串行接口將所有機器關(guān)節(jié)所需的角位置傳輸?shù)津?qū)動單元的可選計算機。但是現(xiàn)在所有外設(shè)都丟失了，所以我們需要修復(fù)機器人底座上的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機的可視化用戶界面來控制機器人的過時的編程語言?？紤]到需要保留可能作為教學(xué)輔助的應(yīng)用，我們需要創(chuàng)建出一種可以允許學(xué)生在未來進(jìn)行便捷擴展的系統(tǒng)（特別是不同的控制算法）。
　　
　　設(shè)計選項
　　
　　在我們試圖對機器人進(jìn)行逆向工程后，我們需要通過兩個主要步驟確定系統(tǒng)的總體布局。首先，我們需要開發(fā)I/O解決方案驅(qū)動機器人的5個直流電機，并同時讀取編碼器信號。第二，我們需要將信息傳輸?shù)綐?biāo)準(zhǔn)PC機上并將其在圖形界面上顯示出來。
　　
　　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)都沒有超出標(biāo)準(zhǔn)微控制器電路板的個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)，超出了本科生項目的時限和范圍。由于美國國家儀器公司的產(chǎn)品，可以提供從數(shù)據(jù)采集到高級圖形用戶界面開發(fā)等全部所需的功能，顯而易見可以作為我們的選擇之一。
　　
　　我們選擇了CompactRIO可編程自動控制器，利用它來實時采集和處理所需數(shù)量的信號。雖然產(chǎn)品的花費超出了典型本科生項目的預(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)，而且可以在其他項目中共用這一個控制器。