基于LabVIEW和PXI平台的6-DOF并联机器人控制系统的

应用软件层：考虑到系统操作过程中需要运用一些开关来控制电机或抱闸、一些接口来改变各电机或压电陶瓷的运行参数、一些指示灯来发出正常或报警信号、一些轨迹曲线来实时监控各部分的运行情况以及各界面之间的切换等功能，我们选用了最能体现虚拟仪器技术价值的LabVIEW图形化编程语言，编写了友好、方便、灵活的人机界面。程序的整体采用了主/从结构的编程方式，主要是为了解决多个不同频率的循环和循环之间的信息交互。程序中嵌入了并联机器人的反解模型及控制算法，采用全局变量、局部变量、共享变量等实现各程序模块之间及模块内部的信息交互，充分利用用户事件技术、通知或队列技术实现各界面之间的切换，为了避免诸如两个循环同时操作一个对象之类的竞争问题，采用了同步技术。因为程序比较大，所要反映的信息多，因此在程序的管理上，我们也充分利用了LabVIEW的高级编程技巧，如为了节省内存和清晰化程序框架及前面板，我们采用了动态VI控制技术，不但实现了子VI的即用即调，而且实现了多面板程序设计的动态载入和界面重用。

核心软件层：面向机器人的轨迹控制与I/O逻辑控制的程序集合，如回零点、连续运行、单轴调整、轨迹曲线选择、系统自检等。该层软件一方面负责完成机器人各关节驱动电机的精确同步运动控制，实现末端执行器在操作空间中的精确轨迹；另一方面，该层软件还需要完成一组通用I/O的输入输出控制，实现对机构运动的过程控制以及对外围设备的协调控制等，以适应复杂的控制任务需要。

驱动软件层：驱动软件是实现单轴与多轴运动控制、D/A转换和硬件I/O控制的函数集合，包括轴配置、运动类型设置、电机运行和停止等操作函数。该层软件主要进行运动轴参数设置、电机加减速控制、起停控制、D/A转换和运动I/O的设置与控制等。该层的函数主要是控制板卡所带有的底层功能模块，可以用这些函数很方便的根据自己设定的控制方案编程实现上一级的核心控制软件层。LabVIEW图形化语言和LabVIEW RT、Control Design and Simulation Bundle、Labview System identification toolkit, motion assistant等相关的NI工具包开发应用程序不但使得软件程序的开发效率大大提高，而且使得软件的功能齐全、人机界面友好。

系统整体特性与实验
本方案是并联机器人控制系统设计领域中一种新型的系统组建方法，其出发点和落脚点是缩短开发周期、降低系统造价、提高系统特性、完善系统功能。基于LabVIEW和PXI平台的6-DOF并联机器人开放式数字控制系统不需要从最低层进行开发，只需对各个模块进行配置并编写出用户需要的特定功能程序即可，与以往的机器人控制系统的开发相比，不仅大大缩短了开发周期，而且系统的升级和维护也非常方便，在这个意义上来说此系统是性价比最高的。系统特性方面的优势主要体现在稳定性、快速性和精确性上，25KHz―25.6MHz的编码器反馈信号滤波范围使得系统能够在强电干扰的工业现场的稳定工作，6轴PID控制周期可以达到250μs使得实时性远远高于一般控制控制系统1ms的要求，机器人六轴协调运动后的末端执行器稳态误差可达1μm体现了系统精确的特性。下图列出了几个典型的模块说明了系统的一些技术特点和成熟的功能。图3是点动运行模块，该模块不仅具有6个轴中每轴的单轴点动，而且根据机器人的构型特点和运动需求设置了任何两轴的双轴点动；该模块可以根据用户不同的运动需求设置点动步长、速度、加减速的基数值及其倍率；该模块能够实时显示运动的位置和运动完成状态，图示显示了轴1经过几个单轴点动完成后的状态。图4为轨迹跟踪模块，该模块不仅设置了预定轨迹的跟踪也具有轨迹规划的功能，并且能够同时显示六个轴的运行情况，图示为反映x向两轴同步运行的状态。图5为速度PID控制器加入前后同一余弦波的位置曲线运动所表现出的不同速度曲线特性，可见双PID控制器能够很大程度上改善其运动特性。图6为并联机器人整体系统。限于篇幅，此用于染色体切割装置的宏动并联机器人数控系统的其他特性不再一一赘述。

总结
本文课题内容涉及虚拟仪器技术、运动控制技术、机器人技术以及诸多LabVIEW编程技巧，建立并完善了基于LabVIEW和PXI开发平台的“六自由度并联机器人控制系统”，本系统具有高可靠性、高精度、高运算速度、高智能化、友好的人机交互能力等特点。独立开展了一系列运动控制研究与应用软件编制工作，本系统主要特点如下：
（1）将虚拟仪器拓展到并联机器人的自动控制领域，充分利用LabVIEW 图形化语言和LabVIEW RT, control design and Simulation Bundle、LabVIEW System identification Toolkit、Motion Assistant等相关的NI工具包开发应用程序，构成了一种基于模型的开放式运动控制系统，不但使系统具有极好的人机交互性、直观性和齐全的功能，而且缩短了开发周期，降低了开发成本和硬件成本，为机器人走向社会奠定了基础。

图3 点动运行模块