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在求解六軸機(jī)器人手臂的逆運(yùn)動學(xué)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(yùn)動性能并優(yōu)化設(shè)計方法,。
0 e5 W! i6 j0 T/ y2 J9 Y' B使用LabVIEW NI SoftMotion模塊設(shè)計VI可以運(yùn)行裝配文件并在CAD模型中進(jìn)行仿真,在SolidWorks創(chuàng)建三維模型構(gòu)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).6 G% @2 y/ P- Q7 X
三球機(jī)械臂允許目標(biāo)位置在六個自由度內(nèi)精確調(diào)節(jié),。三球機(jī)械臂的基本構(gòu)造單元是“插槽”機(jī)制,它可以在垂直和水平方向調(diào)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(yùn)動學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng),。Square One設(shè)計了基于三球的機(jī)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(jī)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(jī)器人所無法完成的其他任務(wù),。這就是約束區(qū)域機(jī)器人手臂(CARMA)開發(fā),。 將這個項目作為提高設(shè)計流程效率并大幅擴(kuò)展運(yùn)動控制能力的機(jī)會,我們使用了NI原型開發(fā)設(shè)計工具,。之前,,我們的方法是完全在SolidWorks中設(shè)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(shè)計控制部分,在現(xiàn)有機(jī)械設(shè)計中滿足每個獨(dú)立項目所需的運(yùn)動控制規(guī)范,。將軟件開發(fā)步驟移到整個設(shè)計流程中更高位置讓機(jī)械設(shè)計包含控制硬件所需的傳感器和必要空間,。通過結(jié)合軟件和機(jī)械設(shè)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),。- T! }, |% N+ F% R7 C E$ ^
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(yùn)動控制方程的“邏輯”集合,。能夠在任何給定的軸之間協(xié)調(diào)運(yùn)動,,從而大大擴(kuò)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(rèn)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(zhuǎn)而使用仿真軟件作為新技術(shù)的測試平臺,。
9 B7 Z( A4 [' i/ f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(shè)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(jī)器配置所有電機(jī)指令和控制,;同時,,我們再積極地搜索能夠?qū)⒖刂企w系結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的用戶友好的編程軟件,。
1 A9 _- M% N9 |% p8 i0 [我們探索了所有可用工具,選擇了采用LabVIEW進(jìn)行控制編程,。在參加了2009年的NIWeek全球圖形化系統(tǒng)設(shè)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(yùn)動軌跡的MATLAB代碼,LabVIEW NI SoftMotion模塊包含了電機(jī)控制和通過NI C系列驅(qū)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(guān)鍵之處,。因此,我們決定為三球機(jī)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(shè)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(xué)問題,。9 f* n" n1 |* [7 O- G z
仿真
. m6 o7 B6 X# L$ p& j正如我們開發(fā)LabVIEW VI運(yùn)行“邏輯”三球的運(yùn)動方程求解一樣,,我們在SolidWorks軟件中并行地完成機(jī)械設(shè)計。在完成VI和固體模型匯編模塊之后,,我們開始了集成流程,。使用LabVIEW工程包含運(yùn)動控制VI,將SolidWorks匯編文件加入工程中,。開始仿真流程,、識別模型中的軸并通過VI訪問。通過幾天的培訓(xùn),,我們理解了DS SolidWorks和LabVIEW之間的連接,開始實現(xiàn)系統(tǒng)仿真并創(chuàng)建了一個虛擬原型系統(tǒng),。; y! A- h' _: j2 N
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國內(nèi)天津大學(xué)8 x1 D, w5 a1 @ D- l
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