運(yùn)輸機(jī)器人軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

章安福

摘要：運(yùn)輸機(jī)器人是可以進(jìn)行自動(dòng)化運(yùn)輸作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。由NI的MY RIO來實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要根據(jù)實(shí)際藥房中對(duì)藥品進(jìn)行自動(dòng)搬運(yùn)的要求，對(duì)運(yùn)輸機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和組裝。最后，制作了一臺(tái)以MYRIO控制器為核心，基于LabVIEW的集成開發(fā)環(huán)境的四輪運(yùn)輸機(jī)器人設(shè)備的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)輸機(jī)器人;MY RIO;LabVIEW

中圖分類號(hào)：G642.41 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2019）31-0266-02

一、LabVIEW簡(jiǎn)介

美國(guó)國(guó)家儀器公司（簡(jiǎn)稱NI公司）開發(fā)的面向儀器與測(cè)試過程的圖形化開發(fā)平臺(tái)——LabVIEW，在這種開發(fā)環(huán)境下，用戶可以從自己的需要出發(fā)，隨心所欲地組織儀器的前面板，然后經(jīng)過簡(jiǎn)單的連線操作，一臺(tái)適合自己需要的測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作便大功告成。

（一）LabVIEW概述

LabVIEW的英文全稱是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench。這個(gè)軟件編程不是用代碼，而是用圖形符號(hào)。LabVIEW開發(fā)環(huán)境可以搭建在Windows，Mac或Linux系統(tǒng)上，LabVIEW的程序可以在上述系統(tǒng)上運(yùn)行，還可以運(yùn)行在Microsoft Pocket PC，Microsoft Windows CE，Palm OS以及多種嵌入式平臺(tái)上，包括DSP、FPGA和微處理器。

（二）LabVIEW的特點(diǎn)

NI公司經(jīng)過多年的不懈努力，使LabVlEW不僅擁有卓越的功能，而且形成了豐富的實(shí)用工具軟件包，這不僅保證了系統(tǒng)開發(fā)的質(zhì)量，而且簡(jiǎn)化了開發(fā)的難度。它具有如下特點(diǎn)：

1.LabVlEW使用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面。

2.LabVlEW使用圖標(biāo)表示功能模塊，使用圖標(biāo)間的連線表示在各功能模塊間的數(shù)據(jù)傳遞。

3.LabVlEW提供程序調(diào)試功能。

4.LabVlEW繼承了傳統(tǒng)的編程語言中的結(jié)構(gòu)化和模塊化編程的優(yōu)點(diǎn)。

5.LabVlEW采用編譯方式運(yùn)行32位應(yīng)用程序。

6.LabVlEW支持多種系統(tǒng)平臺(tái)。

7.LabVlEW提供了大量的函數(shù)庫供用戶直接調(diào)用。

8.LabVlEW是一個(gè)開放式的平臺(tái)，提供DLL庫接口和CIN節(jié)點(diǎn)，使用戶有能力在LabVlEW平臺(tái)上使用由其他軟件平臺(tái)編譯的模塊。

LabVlEW是一個(gè)具有高度靈活性的開發(fā)系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用領(lǐng)域和開發(fā)要求選擇系統(tǒng)配置。

（三）LabVIEW應(yīng)用程序的組成

一個(gè)LabVIEW程序由多個(gè)（至少一個(gè)）虛擬儀器（VI）組成。它的內(nèi)部的邏輯處理思維具有主程序、子程序、函數(shù)等，使用者看到或者操作上的都是封裝了這些邏輯處理的外觀，使得使用起來更加方便高效。

1.前面板（Panel）。與物理儀器的前面板相似，是VI的交互式用戶界面。

2.流程圖（Diagram Programme）。LabVIEW編程又稱為“數(shù)據(jù)流編程”。其流程圖提供的圖形化VI源程序。

3.LabVIEW的操作模板（圖表/連接器）。在LabVIEW的用戶界面上，應(yīng)特別注意它提供的操作模板，包括工具模板、控制模板和功能模板。

（1）工具模板（Tools Palette）。工具模板是創(chuàng)建框圖程序的工具。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。

（2）控制模板（Controls Palette）。控制模板可以給前面板添加輸入控制和輸出顯示。每個(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)子模板。

（3）功能模板（Functions Palette）。功能模板是創(chuàng)建框圖程序的工具。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。

（四）LabVIEW程序設(shè)計(jì)步驟

LabVIEW有一個(gè)圖形編輯器來產(chǎn)生最優(yōu)化編程代碼，利用應(yīng)用程序生成器，用戶能夠產(chǎn)生虛擬儀器，就像獨(dú)立的可執(zhí)行程序一樣。

1.建立方案。利用LabVIEW軟件，可以構(gòu)建虛擬儀器，而不是編寫程序。

2.建立前面板。從控制模塊上選擇所需的對(duì)象放在虛擬儀器的前面板上。

3.構(gòu)建圖形化的流程圖。對(duì)虛擬儀器進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，不用擔(dān)心很多傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)所需的語法細(xì)節(jié)，而可以自己構(gòu)建流程圖。

4.數(shù)據(jù)流程序設(shè)計(jì)。LabVIEW用一種精巧的數(shù)據(jù)流程序設(shè)計(jì)模式把用戶從文本式語言的線性化方式構(gòu)建程序的辦法中解脫出來。

5.模塊化和層次。LabVIEW虛擬儀器實(shí)行模塊化設(shè)計(jì)，因而任何虛擬儀器既能獨(dú)立運(yùn)行，又能被其他虛擬儀器調(diào)用。

6.圖形編輯器。LabVIEW軟件是唯一的帶有編輯器的圖形化編程環(huán)境，它可以產(chǎn)生最優(yōu)化的代碼。

二、NI FPGA簡(jiǎn)介

對(duì)于FPGA，LabVIEW仍然提供了一些強(qiáng)大而方便的工具包，這樣就很容易地解決我們的編程問題。在myRIO的RT中運(yùn)行程序，其精確度可精確到微秒級(jí)別，而在FPGA中，其精確度可達(dá)納秒級(jí)別，所以程序在FPGA中能更快速地運(yùn)行，定時(shí)精確度更高。

（一）數(shù)字量及模擬量輸入/輸出

數(shù)字量的輸入與輸出有兩種方式，Line和Port方式，采用Line方式可以一次控制一個(gè)或多個(gè)I/O，數(shù)據(jù)類型為布爾型。采用Port方式，則控制整個(gè)I/O寄存器，比如一次可以控制0到7（DIO0至DIO7），8到15（DIO8至DIO15）的數(shù)字I/O，數(shù)據(jù)類型為數(shù)值型。

“設(shè)置輸出數(shù)據(jù)”可以配置輸出數(shù)據(jù)，當(dāng)選擇Line方式需要輸入布爾型數(shù)據(jù)，當(dāng)選擇port方式可以直接輸入整型數(shù)，這樣一次可以寫入多個(gè)數(shù)字I/O。

當(dāng)數(shù)字I/O口需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸出及輸入時(shí)，將用到“設(shè)置輸出啟動(dòng)”，Line方式需要輸入布爾型數(shù)據(jù)，Port方式可以直接輸入整型數(shù)，這樣一次可以配置多個(gè)數(shù)字I/O。

模擬量的輸入與輸出與數(shù)字量的輸入與輸出不同，模擬量的輸入與輸出只有Line方式，即單獨(dú)控制一個(gè)模擬口。數(shù)據(jù)類型為整型。模擬量的輸入與輸出還涉及分辨率的問題，因此在寫入和讀取的時(shí)候都需要讀取出一個(gè)LSB的值，并在RT中將模擬口讀取回來的數(shù)據(jù)除以LSB的值，最終的結(jié)果才是模擬值;同樣地，在寫入模擬量之前在RT中乘以LSB的值再賦給模擬口。

（二）FPGA常用定時(shí)函數(shù)

FPGA定時(shí)函數(shù)選板包括三個(gè)函數(shù)，分別為循環(huán)定時(shí)函數(shù)、等待函數(shù)、滴答計(jì)數(shù)。它們的配置對(duì)話框完全相同，不再贅述。

LoopTime（循環(huán)定時(shí)）：該函數(shù)用于確定兩次循環(huán)之間的時(shí)間間隔。當(dāng)程序代碼執(zhí)行時(shí)間小于循環(huán)定時(shí)，則定時(shí)循環(huán)可以精確地控制每個(gè)循環(huán)時(shí)間保持一致。但是如果程序代代碼執(zhí)行時(shí)間大于所設(shè)定循環(huán)間隔，下次循環(huán)便會(huì)立即執(zhí)行，同時(shí)把下次循環(huán)開始的時(shí)間設(shè)置為啟動(dòng)時(shí)刻，而且循環(huán)計(jì)時(shí)器會(huì)把它作為新的時(shí)間基準(zhǔn)。

Wait（等待）：當(dāng)程序運(yùn)行到該函數(shù)時(shí)，先讓當(dāng)前線程暫停，等待所設(shè)定的時(shí)間，然后再繼續(xù)執(zhí)行程序代碼。

Tick Count（滴答計(jì)數(shù)）：該函數(shù)用于返回當(dāng)前計(jì)數(shù)器的值。需要注意的是計(jì)數(shù)器存在計(jì)數(shù)的最大值，因此當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到最大值時(shí)，會(huì)自動(dòng)從0開始計(jì)數(shù)。所以當(dāng)我們利用Tick Count函數(shù)測(cè)量時(shí)間間隔，并采用了Ticks作為單位時(shí)，就需要考慮計(jì)數(shù)器自動(dòng)復(fù)位的情況。

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