基于PMAC运动控制卡的机器人控制软件研究

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  摘 要:PMAC运动控制卡是一款开放式可编程多轴运动控制器,利用PMAC运动控制卡的可编程多轴控制及开放的特性,对机器人实现控制系统软件的开发,可以在机器人的操作和控制上更为简便,功能模块化的设计方便用户对系统进一步开发和维护。
  关键词:机器人;PMAC;软件开发
  随着社会的发展,机器人的在各方面的运用更为普遍[1],机器人的控制功能更多,操作起来更容易。在控制方面,如何更高准确完成对机器人的控制,更简单易懂的人机操作界面[2],达成更高效的机器人控制要求,这是在机器人开发的过程中急需解决的问题。
  1.PMAC简介
  PMAC是由美国生产的一种开放式多轴运动控制器,其包含了运动控制、内部运算以及离散控制等基本功能,通过这些基本功能與上位机形成信息通讯,实现PMAC与PC的交互。PMAC控制器的操作系统具有完全的开放性,内置了由Motorola公司提供的数字处理器DSP 56003。它在处理信息方面的伺服更新率能达到普通控制器的5倍以上。PMAC内部自带程序缓冲区和旋转缓冲区,适用于大程序的加工,并具有电子齿轮,随动功能及位置捕捉等功能。
  2.运动控制系统研究的意义
  基于Windows平台开发控制软件可使用VC++作为开发工具。VC++编程软件拥有强大的功能,在使用时灵活性强,具有很高的开发效率。利用Visual C++6.0软件来进行控制软件的开发,在开发时可以灵活定制,不受硬件的干扰,不需要对硬件进行更改,只需改变软件的模块,从新定义它们的映射关系就可以软件功能实现更新替换。采取这样的开发模式,不仅可以更高效快捷的完成功能的扩展,还可以利用到上位机更广泛的资源,循环利用,节省人力资源。使用户开发出的产品拥有独特的功能特点,增加了自身的竞争力,从而达到控制器的潜力发挥最大化[3]。
  3.运动控制系统的硬件结构
  控制系统的硬件结构由操作模块、运动控制模块以及机器人本体这三个部分组成。从系统开发的时间周期和成本上考虑,可以采用模块化控制的方法可以每一个控制模块都能独立出来,而每一模块都有自己固定的功能,这样的设计方案能得到更好的运行效率和可靠性。在操作模块中的主体是PC机,PC机装载着人机交互界面,从这里可以完成机器人第一级命令输送,比如系统的初始化、设置变量的输出、实时状态位置的反馈信息等[4]。运动控制模块是指PMAC运动控制卡,它主要是对各轴运动进行实时运算,并收集动态参数,伺服的驱动、程序的解析和高速数据的收集等各轴运动的实时性任务。模块化机器人的本体模块主要负责系统完全和实现抓举的的任务,它主要步进电机、驱动器、手爪、行程开关以及编码器这五个部分构成。
  4.软件控制系统设计
  4.1软件控制系统设计基本原则
  在软件的系统结构设计原理:根据整体到部分的原则,对功能进行总体归类。首先,从它们的属性动作类型和难易程度来划分,对于每一模块的功能分类好,然后把简单的功能块给添加到大的模块功能框里。这样的归类可以使模块进行简单话,而这种层次分明结构紧密联系的方式,在需要对模块功能需要进行添加或修改时更方便。这样处理起来更安全可靠。
  4.2系统的软件平台
  4.2.1 Microsoft Visual C++ 6.0
  Visual C++是上个世纪末由美国微软开发出的在基于Windows平台下可以编写应用程序的开发环境,随着其版本的不断更新,开发功能也更为强大,是程序员首选的应用程序软件开发的首选工具。VB和VF也可以用来进行应用程序的开发,不同之处在于它们使用的开发语言。Visual Studio使用得最为普遍,Microsoft Visual C++ 6.0版本具有很好的稳定性。
  Microsoft Visual C++ 6.0包含了MFC、ATL、COM等类库,其中MFC是该软件的核心部分。MFC主要是把程序以框架的形式进行封装起来,生成Win32API的应用程序。所以使用MFC来开发程序比较简单,只需了解其的各类结构,如文档视图类、窗口类的基本原理,以及各消息之间的流向关系。在编程的时候,只需要把函数写进相应的程序框架里,然后再对各程序设置消息的映射先后顺序,使用MFC进行应用程序开发可以省去大量写代码的时间,大大提高了程序开发的工作效率。
  4.2.2 PMAC动态链接库Pcomm32PRO
  PMAC运动控制卡与Windows上层应用系统相互间的通讯是由Pcomm32Pro的通讯驱动程序来进行完成的,它由美国泰道公司所开发。利用Pcomm32Pro的通讯便捷性,在基于VC++开发平台来进行运动控制系统的软件开发,在人机交互界面的实用性更强,系统控制性能上处理得更好。在进行人机界面开发的过程中,主要是通过人机界面发送运动命令,使得PMAC与上层Windows之间产生通讯,从而调用动态函数链接库中的函数来完成电机的驱动。
  5.结束语
  本文详述了一种机器人控制系统,经过实验证明这种基于PMAC运动控制卡的机器人控制系统可以满足机器人运行的功能要求,大大提高了系统的工作效率,应用模块化设计思想使其软件系统具有很强的可移植性、拓展性和开放性。
  参考文献
  [1]王东浩.机器人伦理问题研究[D].天津:南开大学,2014.
  [2]昝杰.多自主移动机器人协作的关键技术研究[D].西安:长安大学,2014.
  [3]吴伟.企业产品开发过程中的用户参与研究[D].辽宁省:东北大学,2009.
  [4]黄逊彬.开放式微细切屑数控系统研究[D].南京:南京航空航天大学,2012.
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