利用LabVIEW NI SoftMotion模塊和SolidWorks改進(jìn)設(shè)計(jì)流程

　　挑戰(zhàn):

　　在求解六軸機(jī)器人手臂的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程后，無需裝配物理測(cè)試平臺(tái)，利用開發(fā)測(cè)試方程和NI LabVIEW VI的平臺(tái)，即可仿真測(cè)試運(yùn)動(dòng)性能并優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

　　解決方案:

　　使用LabVIEW NI SoftMotion模塊設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)控制器和六個(gè)NI 9512模塊開發(fā)實(shí)際裝配系統(tǒng)。

　　"我們探索了所有選項(xiàng)，選擇采用LabVIEW作為我們的控制編程工具。在參加了2009年的NIWeek全球圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)議后，我們了解許多全新的NI工具包和模塊，它們可能是滿足我們系統(tǒng)開發(fā)需求的良好解決方案。"

　　Square One是關(guān)注滿足更多用戶技術(shù)需求的機(jī)器人和自動(dòng)化公司。我們利用多種技術(shù)，通過提供高精度的高級(jí)運(yùn)動(dòng)學(xué)定位系統(tǒng)，滿足物理科學(xué)研究員和軍事應(yīng)用工程師的需求。將商業(yè)機(jī)器人和我們正在申請(qǐng)專利的三球機(jī)械臂集成到全新和現(xiàn)有的工作單元中，通過提高現(xiàn)有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的效率和精度，幫助改進(jìn)性能。

　　專業(yè)項(xiàng)目

　　三球機(jī)械臂允許目標(biāo)位置在六個(gè)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(dòng)。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(dòng)學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。Square One設(shè)計(jì)了基于三球的機(jī)械臂，讓檢測(cè)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(cè)硬件的精度，因此讓它能夠挖掘和移動(dòng)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(gè)項(xiàng)目作為提高設(shè)計(jì)流程效率并大幅擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制能力的機(jī)會(huì)，我們使用了NI原型開發(fā)設(shè)計(jì)工具。之前，我們的方法是完全在SolidWorks中設(shè)計(jì)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(jì)控制部分，在現(xiàn)有機(jī)械設(shè)計(jì)中滿足每個(gè)獨(dú)立項(xiàng)目所需的運(yùn)動(dòng)控制規(guī)范。將軟件開發(fā)步驟移到整個(gè)設(shè)計(jì)流程中更高位置讓機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)，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)。

　　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(dòng)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(dòng)，從而大大擴(kuò)展了三球的功能。另外，測(cè)試平臺(tái)對(duì)于驗(yàn)證方程功能而言是十分重要的。在認(rèn)識(shí)到僅僅為了測(cè)試而生成多個(gè)不同配置并不現(xiàn)實(shí)之后，我們轉(zhuǎn)而使用仿真軟件作為新技術(shù)的測(cè)試平臺(tái)。

　　在研究了現(xiàn)有軟件工具后，我們將選項(xiàng)縮小為The MathWorks, Inc. MATLAB® with Simulink®軟件和用于SolidWorks的LabVIEW NI SoftMotion模塊。我們?cè)赟olidWorks中完成了最初設(shè)計(jì)，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(shí)，我們?cè)俜e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。

　　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(jì)會(huì)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(dòng)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(dòng)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(gè)項(xiàng)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(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)，使用NI軟件和硬件作為設(shè)計(jì)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。