[發明專利]一種基于CompactRIO的機器人控制系統

有效

• 申請號: 201810055100.2
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108015776B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 劉海濤;胡斌;田雪虹;梁永回;湯明新
• 申請（專利權）人: 廣東海洋大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G05B19/042
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳偉斌;劉瑤云

本發明屬于智能控制領域，特別涉及一種基于CompactRIO的機器人控制系統，包括具有LabVIEW平臺的上位機、電源、CompactRIO一體式控制器、NI的C系列I/O接口模塊、NI的C系列模擬輸出模塊、伺服驅動器、伺服電機、輔助電源、二自由度機械臂，上位機的LabVIEW平臺設有人機交互界面，人機交互界面包括開關控制伺服電機啟停模塊、分數階PD控制模塊、機械臂位置輸出模塊、機械臂扭矩輸出模塊、模擬電壓輸出模塊。該控制系統操作方便、程序簡單，與傳統的PID控制相比其控制效果更加靈活，魯棒性更強，能夠實現對二自由度機械臂的扭矩調節與位置控制，提高了系統的控制精度與魯棒性，并不會因為機械臂復雜的控制系統而降低實時性。

技術領域

本發明屬于智能控制領域，特別涉及一種基于CompactRIO的機器人控制系統。

背景技術

目前的二自由度機械臂主要通過PLC和運動控制卡實現控制，隨著被控對象的日趨復雜，控制精度要求越來越高，一般的控制方式已經不能滿足對目標的控制要求了，同時現有的控制系統的實時性不足，常會發生控制命令延遲現場，對高精度要求的生產設備存在明顯的缺陷，同時不能實時改編程序實現實時控制，只能按照固有的控制程序實現機械化的動作，不具備調整的靈活。

發明內容

本發明為解決上述存在的技術缺陷，提供一種基于CompactRIO的機器人控制系統，控制系統由硬件部分與軟件部分構成，軟件部分基于LabVIEW編程平臺編寫程序以及系統界面，利用該系統控制相對應的硬件設備，實現二自由度機械臂的高速高精度控制。該系統可以方便穩定的控制機器人系統，并不會因為機器人復雜的控制系統而降低實時性。

本發明的技術方案是；一種基于CompactRIO的機器人控制系統,其中，包括具有LabVIEW平臺的上位機、電源、CompactRIO一體式控制器、NI的C系列I/O接口模塊、NI的C系列模擬輸出模塊、伺服驅動器、伺服電機、輔助電源、二自由度機械臂，所述電源與上位機相連，上位機與CompactRIO一體式控制器進行通訊，輔助電源與CompactRIO一體式控制器相連并為其提供直流電壓，所述NI的C系列I/O接口模塊、NI的C系列模擬輸出模塊均安裝在CompactRIO一體式控制器并與伺服驅動器連接，伺服驅動器與伺服電機連接， NI的C系列I/O接口模塊通過伺服驅動器對伺服電機的編碼器信號進行采集處理，NI的C系列模擬輸出模塊輸出模擬電壓信號到伺服驅動器實現伺服電機的力矩控制，伺服電機驅動二自由度機械臂，所述上位機的LabVIEW平臺設有人機交互界面，所述人機交互界面包括開關控制伺服電機啟停模塊、分數階PD控制模塊、機械臂位置輸出模塊、機械臂扭矩輸出模塊、模擬電壓輸出模塊；

所述開關控制伺服電機啟停模塊由一個數值輸入控件和一個數值顯示控件以及一個開關控件構成，實現通過開關控制伺服電機的啟動與停止功能，在控制主程序中開關控制伺服電機啟停模塊作為一個子VI被調用，數值輸入控件是由輸出扭矩通過代數關系轉化的電壓信號，通過開關控件的開通或斷開控制是否把數值輸入控件的值傳送給數值顯示控件，以達到電壓輸出的目的；

所述分數階PD控制模塊是由比例、微分兩部分構成的閉環結構，分數階PD控制模塊包括分數階微分子VI的輸入與輸出、比例調節系數和微分調節系數，理想信號與輸入值的差值通過分數階微分子VI輸入到分數階PD控制模塊后相加得到扭矩變化量，輸入到寄存器中；

所述機械臂位置輸出模塊是用來測量二自由度機械臂的位置信號，NI的C系列I/O接口模塊對伺服電機的編碼器信號進行采集處理，將采集到的機械臂位置信息通過位置變化圖形化顯示出來，以達到實時監視機器人位置的目的；

所述機械臂扭矩輸出模塊是把存入寄存器中的扭矩變化量累加得到所要輸出的扭矩，通過實際扭矩圖圖形法顯示出來，在輸出時增加一個范圍限制器使得輸出扭矩不超過伺服電機的額定扭矩；