基于LabVIEW和PXI平台的6-DOF并联机器人控制系统的开发

需要从最低层进行开发，只需对各个模块进行配置并编写出用户需要的特定功能程序即可，与以往的机器人控制系统的开发相比，不仅大大缩短了开发周期，而且系统的升级和维护也非常方便，在这个意义上来说此系统是性价比最高的。系统特性方面的优势主要体现在稳定性、快速性和精确性上，25KHz-25.6MHz的编码器反馈信号滤波范围使得系统能够在强电干扰的工业现场的稳定工作，6轴PID控制周期可以达到250μs使得实时性远远高于一般控制控制系统1ms的要求，机器人六轴协调运动后的末端执行器稳态误差可达 1μm体现了系统精确的特性。下图列出了几个典型的模块说明了系统的一些技术特点和成熟的功能。图3是点动运行模块，该模块不仅具有6个轴中每轴的单轴点动，而且根据机器人的构型特点和运动需求设置了任何两轴的双轴点动；该模块可以根据用户不同的运动需求设置点动步长、速度、加减速的基数值及其倍率；该模块能够实时显示运动的位置和运动完成状态，图示显示了轴1经过几个单轴点动完成后的状态。图4为轨迹跟踪模块，该模块不仅设置了预定轨迹的跟踪也具有轨迹规划的功能，并且能够同时显示六个轴的运行情况，图示为反映x向两轴同步运行的状态。图5为速度PID控制器加入前后同一余弦波的位置曲线运动所表现出的不同速度曲线特性，可见双PID控制器能够很大程度上改善其运动特性。图6为并联机器人整体系统。限于篇幅，此用于染色体切割装置的宏动并联机器人数控系统的其他特性不再一一赘述。

　　总结

　　本文课题内容涉及虚拟仪器技术、运动控制技术、机器人技术以及诸多LabVIEW编程技巧，建立并完善了基于LabVIEW和PXI开发平台的"六自由度并联机器人控制系统"，本系统具有高可靠性、高精度、高运算速度、高智能化、友好的人机交互能力等特点。独立开展了一系列运动控制研究与应用软件编制工作，本系统主要特点如下：

　　（1）将虚拟仪器拓展到并联机器人的自动控制领域，充分利用LabVIEW 图形化语言和LabVIEW RT, control design and Simulation Bundle、LabVIEW System identification Toolkit、Motion Assistant等相关的NI工具包开发应用程序，构成了一种基于模型的开放式运动控制系统，不但使系统具有极好的人机交互性、直观性和齐全的功能，而且缩短了开发周期，降低了开发成本和硬件成本，为机器人走向社会奠定了基础。

　　（2）充分利用PXI-7356多轴运动控制卡的相关软件函数和模块，开发了高精度的并联机器人的多电机协调控制和双电机同步控制。

　　（3）采用了用户事件技术、通知或队列技术LabVIEW的高级编程技术，解决了各用户界面和各模块之间的实时切换；采用各种变量实现不同模块之间和相同模块内部的信息传递和共享；采用了VI的动态载入技术，实现了子VI的即调即用和多面板的动态载入及界面重用。

　　（4）充分利用LabVIEW强大的外部接口能力，实现了动态链接库（DLL）和Windows API的调用，并嵌入了Matlab并联机器人运动控制程序，使程序不但具有Windows系统的拷贝、打印等功能，也使得复杂的计算更为快捷。

发布者：小宇