使用NI LabVIEW令“20歲”的機器人恢復活力

信號I/O

CompactRIO控制器的現場可編程門陣列(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電路，我們能夠以1kHz的頻率輸出5個獨立的PWM信號，輸出10個數字信號到外部的馬達驅動芯片，同時以100kHz頻率對10條編碼通道進行采樣。在FPGA上，我們將每個機器人關節上的兩個編碼器上獲得的信號，顯示成整數以表示相對的關節角度。使用NI網站上提供的VI幫助我們進一步縮短了FPGA上VI的開發時間。兩個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。

圖形化用戶界面

上述硬件接口的功能一定程度上受到FPGA技術能力的限制，但是系統的用戶界面在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，用戶可以通過輸入位置向量或上下、左右和前后增量式移動機器人，來設定機器人終端效應器的笛卡爾坐標位置和方向。然后進行坐標變換，計算出每個機器人關節所需的關節角。這些數據會反饋給控制器子VI，從所需和實際的關節角中計算出電機命令信號。

為了允許學生們在將來實現不同的控制算法，只要模板定義的前面板元件存在，控制器子VI在每次運行時都加載并可以包含任意的邏輯。這非常有用，因為學生們可能不能使用LabVIEW環境下的所有功能，而只能使用缺少LabVIEW FPGA和LabVIEW Real-Time Module的學生版本。雖然學生版軟件不能打開全部的機器人軟件，但學生們仍然可以使用它開發機器人控制器，并在機器人上進行測試。

我們的“老”機器人的可靠性是整個項目中的一個問題，我們需要一個機器人仿真以便我們在機器人維修時繼續工作。使用LabVIEW 3D圖像控制，我們創建了機器人的示意原理圖。使用圖形化用戶界面，用戶可以得知軟件是否精確表示了當前機器人的位置。當可視化與現實不符合時，用戶可將機器人送到啟動原點，并按下按鈕重新啟動軟件。

結論

使用CompactRIO和LabVIEW，我們可以在同一個編程環境中，從零開始構建完整的機器人驅動和控制系統。借助于CompactRIO控制器的易用性，使用高科技的FPGA技術來喚醒我們的“古董”機器人簡直輕而易舉。作為本科生的我，利用不到九個月的兼職項目工作，就開發出了包括軟件和硬件的整個系統。