[发明专利]一种基于CompactRIO的机器人控制系统

摘要

本发明属于智能控制领域，特别涉及一种基于CompactRIO的机器人控制系统，包括具有LabVIEW平台的上位机、电源、CompactRIO一体式控制器、NI的C系列I/O接口模块、NI的C系列模拟输出模块、伺服驱动器、伺服电机、辅助电源、二自由度机械臂，上位机的LabVIEW平台设有人机交互界面，人机交互界面包括开关控制伺服电机启停模块、分数阶PD控制模块、机械臂位置输出模块、机械臂扭矩输出模块、模拟电压输出模块。该控制系统操作方便、程序简单，与传统的PID控制相比其控制效果更加灵活，鲁棒性更强，能够实现对二自由度机械臂的扭矩调节与位置控制，提高了系统的控制精度与鲁棒性，并不会因为机械臂复杂的控制系统而降低实时性。

主权项

1.一种基于CompactRIO的机器人控制系统,其特征在于，包括具有LabVIEW平台的上位机、电源、CompactRIO一体式控制器、NI的C系列I/O接口模块、NI的C系列模拟输出模块、伺服驱动器、伺服电机、辅助电源、二自由度机械臂，所述电源与上位机相连，上位机与CompactRIO一体式控制器进行通讯，辅助电源与CompactRIO一体式控制器相连并为其提供直流电压，所述NI的C系列I/O接口模块、NI的C系列模拟输出模块均安装在CompactRIO一体式控制器并与伺服驱动器连接，伺服驱动器与伺服电机连接， NI的C系列I/O接口模块通过伺服驱动器对伺服电机的编码器信号进行采集处理，NI的C系列模拟输出模块输出模拟电压信号到伺服驱动器实现伺服电机的力矩控制，伺服电机驱动二自由度机械臂，所述上位机的LabVIEW平台设有人机交互界面，所述人机交互界面包括开关控制伺服电机启停模块、分数阶PD控制模块、机械臂位置输出模块、机械臂扭矩输出模块、模拟电压输出模块；所述开关控制伺服电机启停模块由一个数值输入控件和一个数值显示控件以及一个开关控件构成，实现通过开关控制伺服电机的启动与停止功能，在控制主程序中开关控制伺服电机启停模块作为一个子VI被调用，数值输入控件是由输出扭矩通过代数关系转化的电压信号，通过开关控件的开通或断开控制是否把数值输入控件的值传送给数值显示控件，以达到电压输出的目的；所述分数阶PD控制模块是由比例、微分两部分构成的闭环结构，分数阶PD控制模块包括分数阶微分子VI的输入与输出、比例调节系数和微分调节系数，理想信号与输入值的差值通过分数阶微分子VI输入到分数阶PD控制模块后相加得到扭矩变化量，输入到寄存器中；所述机械臂位置输出模块是用来测量二自由度机械臂的位置信号，NI的C系列I/O接口模块对伺服电机的编码器信号进行采集处理，将采集到的机械臂位置信息通过位置变化图形化显示出来，以达到实时监视机器人位置的目的；所述机械臂扭矩输出模块是把存入寄存器中的扭矩变化量累加得到所要输出的扭矩，通过实际扭矩图图形法显示出来，在输出时增加一个范围限制器使得输出扭矩不超过伺服电机的额定扭矩；所述模拟电压输出模块是把扭矩值经过代数关系转化为电压信号通过NI的C系列模拟输出模块输入到伺服驱动器中，以达到控制伺服电机运行的目的，输出电压以图形化显示输出电压信号；整个人机交互的界面程序在一个while循环中以达到连续控制的目的。