Products:
  CompactRIO, FPGA Module, Real-Time Module
The Challenge:
  為已經丟失控制器的20æ²
å·¥æ¥æ©Ÿå™¨äººæ›¿æ›æ–°çš„æŽ§åˆ¶å™¨ï¼Œå¹¶å°å…¶é€²è¡Œæ“´å±•,使之具有ç¾ä»£æ©Ÿå™¨äººæŽ§åˆ¶è»Ÿä»¶ä¸çš„典型功能。創建å¯é€šéŽç›´è§€åœ–形化用戶界é¢ï¼ˆGUI)æ“作的ã€é©äºŽæœ¬ç§‘生實驗課程的系統。
The Solution:
  使用NI CompactRIO控制器作為
機器人驅動器和編碼器與LabVIEW 8.5軟件〠比例-ç©åˆ†-微分(PID)工具箱ã€3Dåœ–åƒæ¸²æŸ“å’ŒVIæœå‹™å™¨é–“的接å£ï¼Œå¯¦ç¾æ©Ÿå™¨äººé‹å‹•軟件,并å¯ä»¥é€šéŽåœ–形界é¢é€²è¡Œè¨ªå•。
  "使用CompactRIOå’ŒLabVIEW,我們å¯ä»¥åœ¨å–®å€‹ç·¨ç¨‹ç’°å¢ƒä¸ï¼Œå¾žé›¶é–‹å§‹æ§‹å»ºå®Œæ•´çš„æ©Ÿå™¨äººé©…動和控制系統。"
  在éŽåŽ»çš„å¹¾å年里,
å·¥æ¥æ©Ÿå™¨äººæŠ€è¡“ç¶“æ·äº†é£›é€Ÿçš„發展。自二å世紀80年代以來,它們已經從åªèƒ½ä»¥æœ‰é™ç²¾åº¦æ²¿è‘—é 訂軌跡é‹å‹•çš„æŠ“æ”¾å¼æ©Ÿå™¨äººï¼Œç™¼å±•æˆå…·æœ‰é«˜ç²¾åº¦ã€å¯ä»¥åœ¨æ‰‹è¡“室䏿‡‰ç”¨ï¼Œå¹¶ä¸”éˆæ´»é©æ‡‰ç’°å¢ƒï¼ŒåŒæ™‚å¯ç¶“常與視覺系統åŠç”Ÿç”¢å–®å…ƒä¸çš„其它機器人進行交互的系統。這就是我們在大å¸çš„倉庫ä¸ç™¼ç¾20æ²çš„三è±Movemasteræ©Ÿå™¨äººæ™‚ï¼Œç¬¬ä¸€åæ‡‰æ˜¯æ±ºå®šæŠŠå®ƒé€çµ¦åšç‰©é¤¨çš„åŽŸå› ã€‚ä½†æ˜¯ï¼Œä¸€å€‹æ•™å¸«æ±ºå®šæŠŠå®ƒäº¤çµ¦æˆ‘ —— ç•¶æ™‚æˆ‘é‚„åªæ˜¯ä¸€åå¸åœ‹ç†å·¥å¸é™¢çš„æœ¬ç§‘生,來使機器人“復活â€ã€‚
é …ç›®ç›®æ¨™
  早先的時候,三è±Movemasteræ©Ÿå™¨äººé…æœ‰ä¸€å€‹æ‰‹æŒå¼æ•™å¸ç›’ã€ä¸€å€‹å¾®æ³¢çˆå¤§å°çš„驅動單元和一個å¯é€šéŽä¸²è¡ŒæŽ¥å£å°‡æ‰€æœ‰æ©Ÿå™¨é—œç¯€æ‰€éœ€çš„è§’ä½ç½®å‚³è¼¸åˆ°é©…動單元的å¯é¸è¨ˆç®—機。但是ç¾åœ¨æ‰€æœ‰å¤–è¨éƒ½ä¸Ÿå¤±äº†ï¼Œæ‰€ä»¥æˆ‘們需è¦ä¿®å¾©æ©Ÿå™¨äººåº•座上的36æ ¹æœªå®šç¾©ç®¡è…³ï¼Œä½¿å…¶æ¢å¾©åŽŸæœ‰çš„åŠŸèƒ½ã€‚æˆ‘å€‘éœ€è¦æ›¿æ›ä»¥å‰ç”¨äºŽå¾žPC機的å¯è¦–化用戶界é¢ä¾†æŽ§åˆ¶æ©Ÿå™¨äººçš„éŽæ™‚的編程語言。考慮到需è¦ä¿ç•™å¯èƒ½ä½œç‚ºæ•™å¸è¼”助的應用,我們需è¦å‰µå»ºå‡ºä¸€ç¨®å¯ä»¥å…許å¸ç”Ÿåœ¨æœªä¾†é€²è¡Œä¾¿æ·æ“´å±•的系統(特別是ä¸åŒçš„æŽ§åˆ¶ç®—法)。
è¨è¨ˆé¸é …
  在我們試圖å°
機器人進行逆å‘工程åŽï¼Œæˆ‘們需è¦é€šéŽå…©å€‹ä¸»è¦æ¥é©Ÿç¢ºå®šç³»çµ±çš„總體布局。首先,我們需è¦é–‹ç™¼I/O解決方案驅動機器人的5個直æµé›»æ©Ÿï¼Œå¹¶åŒæ™‚讀å–編碼器信號。第二,我們需è¦å°‡ä¿¡æ¯å‚³è¼¸åˆ°æ¨™æº–PC機上并將其在圖形界é¢ä¸Šé¡¯ç¤ºå‡ºä¾†ã€‚
ã€€ã€€ç³»çµ±æ‰€éœ€çš„é€šé“æ•¸ï¼ˆ15路脈寬調制[PWM]數å—輸出和10路數å—輸入)和采樣速率(PWM為1kHz而輸入采樣速率為100kHz)都沒有超出標準微控制器電路æ¿çš„個性化解決方案的范疇。但是,編程環境的多樣性和開發這樣系統所é¢è‡¨çš„æŒ‘æˆ°ï¼Œè¶…å‡ºäº†æœ¬ç§‘ç”Ÿé …ç›®çš„æ™‚é™å’ŒèŒƒåœã€‚由于美國國家儀器公å¸çš„產å“,å¯ä»¥æä¾›å¾žæ•¸æ“šé‡‡é›†åˆ°é«˜ç´šåœ–形用戶界é¢é–‹ç™¼ç‰å…¨éƒ¨æ‰€éœ€çš„功能,顯而易見å¯ä»¥ä½œç‚ºæˆ‘å€‘çš„é¸æ“‡ä¹‹ä¸€ã€‚
ã€€ã€€æˆ‘å€‘é¸æ“‡äº†CompactRIOå¯ç·¨ç¨‹è‡ªå‹•æŽ§åˆ¶å™¨ï¼Œåˆ©ç”¨å®ƒä¾†å¯¦æ™‚é‡‡é›†å’Œè™•ç†æ‰€éœ€æ•¸é‡çš„信號。雖然產å“çš„èŠ±è²»è¶…å‡ºäº†å…¸åž‹æœ¬ç§‘ç”Ÿé …ç›®çš„é 算,但考慮到CompactRIOçš„å…¨é¢æ€§å’Œæ˜“ç”¨æ€§ï¼Œæˆ‘å€‘é‚„æ˜¯é¸æ“‡äº†å®ƒã€‚我們å¯ä»¥åœ¨5分é˜å…§è¨å®šå¥½CompactRIO控制器(包括接線和所有軟件的部署),而且å¯ä»¥åœ¨å…¶ä»–é …ç›®ä¸å…±ç”¨é€™ä¸€å€‹æŽ§åˆ¶å™¨ã€‚
信號I/O
  CompactRIO控制器的ç¾å ´å¯ç·¨ç¨‹é–€é™£åˆ—(FPGA)背æ¿ï¼Œèƒ½å¤ 以完全并行化的方å¼è®€å–ã€è¼¸å‡ºå’Œè™•ç†I/O模塊通é“。利用數é‡å……足的å¯ç·¨ç¨‹é–€é›»è·¯ï¼Œæˆ‘å€‘èƒ½å¤ ä»¥1kHzçš„é »çŽ‡è¼¸å‡º5個ç¨ç«‹çš„PWM信號,輸出10個數å—信號到外部的馬é”é©…å‹•èŠ¯ç‰‡ï¼ŒåŒæ™‚以100kHzé »çŽ‡å°10æ¢ç·¨ç¢¼é€šé“進行采樣。在FPGA上,我們將æ¯å€‹æ©Ÿå™¨äººé—œç¯€ä¸Šçš„兩個編碼器上ç²å¾—çš„ä¿¡è™Ÿï¼Œé¡¯ç¤ºæˆæ•´æ•¸ä»¥è¡¨ç¤ºç›¸å°çš„關節角度。使用NI網站上æä¾›çš„VI幫助我們進一æ¥ç¸®çŸäº†FPGA上VI的開發時間。兩個高速切æ›çš„æ•¸å—輸出和數å—輸入模塊為我們的應用æä¾›äº†å……è¶³çš„é€šé“æ•¸ã€‚
圖形化用戶界é¢
  上述硬件接å£çš„功能一定程度上å—到FPGA技術能力的é™åˆ¶ï¼Œä½†æ˜¯ç³»çµ±çš„用戶界é¢åœ¨Windows PC上é‹è¡Œï¼Œå¯ä»¥å……分利用LabVIEW 8.5的特性。使用基于事件的界é¢ï¼Œç”¨æˆ¶å¯ä»¥é€šéŽè¼¸å…¥ä½ç½®å‘釿ˆ–上下ã€å·¦å³å’Œå‰åŽå¢žé‡å¼ç§»å‹•機器人,來è¨å®šæ©Ÿå™¨äººçµ‚端效應器的笛å¡çˆ¾å標ä½ç½®å’Œæ–¹å‘。然åŽé€²è¡Œå標變æ›ï¼Œè¨ˆç®—出æ¯å€‹æ©Ÿå™¨äººé—œç¯€æ‰€éœ€çš„關節角。這些數據會å饋給控制器åVI,從所需和實際的關節角ä¸è¨ˆç®—出電機命令信號。
  為了å…許å¸ç”Ÿå€‘在將來實ç¾ä¸åŒçš„æŽ§åˆ¶ç®—法,åªè¦æ¨¡æ¿å®šç¾©çš„å‰é¢æ¿å…ƒä»¶å˜åœ¨ï¼ŒæŽ§åˆ¶å™¨åVIåœ¨æ¯æ¬¡é‹è¡Œæ™‚éƒ½åŠ è¼‰å¹¶å¯ä»¥åŒ…å«ä»»æ„çš„é‚輯。這éžå¸¸æœ‰ç”¨ï¼Œå› 為å¸ç”Ÿå€‘å¯èƒ½ä¸èƒ½ä½¿ç”¨LabVIEW環境下的所有功能,而åªèƒ½ä½¿ç”¨ç¼ºå°‘LabVIEW FPGAå’ŒLabVIEW Real-Time Moduleçš„å¸ç”Ÿç‰ˆæœ¬ã€‚é›–ç„¶å¸ç”Ÿç‰ˆè»Ÿä»¶ä¸èƒ½æ‰“開全部的機器人軟件,但å¸ç”Ÿå€‘ä»ç„¶å¯ä»¥ä½¿ç”¨å®ƒé–‹ç™¼æ©Ÿå™¨äººæŽ§åˆ¶å™¨ï¼Œå¹¶åœ¨æ©Ÿå™¨äººä¸Šé€²è¡Œæ¸¬è©¦ã€‚
  我們的“è€â€æ©Ÿå™¨äººçš„å¯é æ€§æ˜¯æ•´å€‹é …ç›®ä¸çš„一個å•題,我們需è¦ä¸€å€‹æ©Ÿå™¨äººä»¿çœŸä»¥ä¾¿æˆ‘們在機器人ç¶ä¿®æ™‚繼續工作。使用LabVIEW 3Dåœ–åƒæŽ§åˆ¶ï¼Œæˆ‘å€‘å‰µå»ºäº†æ©Ÿå™¨äººçš„ç¤ºæ„原ç†åœ–。使用圖形化用戶界é¢ï¼Œç”¨æˆ¶å¯ä»¥å¾—知軟件是å¦ç²¾ç¢ºè¡¨ç¤ºäº†ç•¶å‰æ©Ÿå™¨äººçš„ä½ç½®ã€‚ç•¶å¯è¦–化與ç¾å¯¦ä¸ç¬¦åˆæ™‚,用戶å¯å°‡æ©Ÿå™¨äººé€åˆ°å•Ÿå‹•åŽŸé»žï¼Œå¹¶æŒ‰ä¸‹æŒ‰éˆ•é‡æ–°å•Ÿå‹•軟件。
çµè«–
  使用CompactRIOå’ŒLabVIEW,我們å¯ä»¥åœ¨åŒä¸€å€‹ç·¨ç¨‹ç’°å¢ƒä¸ï¼Œå¾žé›¶é–‹å§‹æ§‹å»ºå®Œæ•´çš„æ©Ÿå™¨äººé©…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“å¤è‘£â€æ©Ÿå™¨äººç°¡ç›´è¼•而易舉。作為本科生的我,利用ä¸åˆ°ä¹å€‹æœˆçš„å…¼è·é …目工作,就開發出了包括軟件和硬件的整個系統。
致è¬
  我在醫藥機電一體化實驗室ä¸å®Œæˆäº†é€™å€‹é …目,指導者是Ferdinando Rodriguez y Baenaåšå£«ã€‚è©²é …ç›®æ˜¯åœ¨Christopher Burton已有工作的基礎上進行的。