本发明涉及一种基于LabVIEW实时模块的气动机械手控制系统，适用于机械领域。
背景技术：
随着测控系统的不断发展，用户对于系统的可靠性、时问确定性等要求越来越高，由此出现了很多实时测控模式及软件，例如美国Mathworks公司的RT W(包括RTW Windows Target和xPC Target等)；德国dSPACE公司的ControlDesk；加拿大OPAL-RT公司RT-LAB；Boeing公司的Easy-5等。
其中美国NI公司研制开发的LabVIEW RT系统由于其简洁的图形化开发环境以及高可靠性和时问确定性等优点得到了广泛的应用。LabVIEW RT的开发、运行需要特定的硬件目标支持，以往的RT模块主要支持3类硬件方式：RT系列插入式板卡、RT系列PXI、RT系列的FieldPoint模块。RT系列插入式板卡基于PCI总线方式，将嵌入式的处理器板卡和多功能数据采集卡合并，能提供的I/O通道较少，单通道PID循环速率在1 KHz左右，性能一般；FieldPoint方式能提供很多的I/O接口，但是循环速率更低，一般不到1KHz；PXI控制器方式能够提供较多的I/O接口、具有较高的控制速率(20KHz以上)，但硬件成本较高。LabVIEW RT模块在8.0版本之后，支持将标准的Desktop PC转变为Real-Time(实时)目标机，配置通用的PCI数据采集卡，实现高的循环控制速率(10KHz以上)并提供了丰富的I/O接口，与PXI系统相比具有较高的性价比优势。
目前大多数伺服机器人的驱动都是采用电机或液压方式，在易燃易爆的环境中使用极不方便。随着气动伺服技术的不断发展，已能满足一些多点定位的工业现场，但在要求更复杂、功能更精细的工业场合还存在一定难度，如喷漆机器人、涂胶机器人等对气动伺服连续轨迹控制有着更高的要求。因此由气动伺服系统驱动的机器人就成为工业应用领域的热门研究课题之一。
技术实现要素：
本发明提出了一种基于LabVIEW实时模块的气动机械手控制系统，利用LabVIEW实时模块构造了机械手控制系统，通过路径规划、运动学反解及关节控制器相关算法，完成了3个运动关节的实时控制。在轨迹跟踪方面的实验取得了满意的效果，为进一步的工业化应用奠定了基础。
本发明所采用的技术方案是：
所述控制系统的控制程序是通过上位机的LabVIEW RT开发系统完成的，包括上位机的人机界面和下位机的实时控制程序。
所述上下位机工作方式，通过TCP/IP实现通讯，上位机通过网络与下位机的R7，引擎建立连接，将实时控制程序下载到R7，引擎中进行运行和调试。
所述控制系统由轨迹插补模块对途径点分段，采用过四点的3次多项式插值运算，将计算结果输入运动学反解模块，计算出关节坐标下各关节的对应的角度，将各运动关节轨迹送入到关节控制器模块中进行关节运动控制，由编码器的测量值实时计算机械手末端的位置。
本发明的有益效果是：以LabVIEW实时模块为架构的快速控制原型构造简单、调整方便，非常适合进行一些控制算法的实验研究，为系统的工业化应用奠定了一个良好的实验平台。
附图说明
图1是本发明的气动机械手结构原理图。
图2是本发明的机械手控制系统软件流程图。
图中：1.小臂关节；2.大臂关节；3.腰部关节。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，3白由度气动机械手属于关节串联式机器人，它的运动类似人的肢体，由腰、大臂、小臂3个关节组成。
腰部为旋转运动，由流量比例阀驱动单齿轮齿条式摆动气缸来实现，旋转编码器通过1：4的同步带轮与腰部转动轴相连，以检测角度信号；大、小臂均为俯仰运动，由流量比例阀驱动单出杆双作用气缸来实现，旋转编码器通过1：4的同步带轮与对应的大、小臂关节俯仰运动轴相连，以检测角度信号。这样实现了单关节的闭环控制，进而通过相关的控制策略完成了机械手末端的空问运动控制。
3白由度气动机械手采用流量比例控制，使用NI公司的PCI-6229卡(多功能数据采集卡)输出控制信号；同时使用NI公司的PCI-6602 C 8通道正交编码器计数器卡)检测编码器的角度信号和零位信号。
上位机在安装LabVIEW8.0及实时模块之后，打开“Measurement & Automation\"。在“Tools'，→“NIDisk Utilities”下选择制作“Format Hard Drive Disk\"形式的启动软盘。用此软盘格式化下位机后，基于Venturcom Phar Lap公司ETS实时操作系统开发的包含单一实时内核(kernel)的专用RTOS被下载到PC中，RT引擎被部署到下位机，下位PC机转化为了实时目标机。
系统的控制程序是通过上位机的LabVIEW RT开发系统完成的，包括上位机的人机界面和下位机的实时控制程序。上下位机工作方式，通过TCP/IP实现通讯，上位机通过网络与下位机的R7，引擎建立连接，将实时控制程序下载到R7，引擎中进行运行和调试。在控制软件的开发中，上位机主要运行的是人机交互界面，接受操作人员的命令输入及显示数据等；下位机主要运行实时控制程序，接受上位机的命令信号，进行相应的数据采集及实时控制。它们之问的通信是靠网络共享变量机制来实现的。
网络共享变量(Network-Published SharedVariable)是LabVIEW新推出的一种变量，它能通过网络在不同的VI之问方便的共享数据。网络共享变量利用NI Publish-Subscribe Protocol (NI-PSP)通过网络来发送和接收数据。NI-PSP是建立在UDP协议的基础上的，所以比TCP/IP方式能够有更高的效率，而且NI-PSP还在UDP的基础上增加了自己的层来保证数据传递的正确性。
如果调用一个网络共享变量，首先得在网络的S VE C shared variable engine)上部署网络共享变量。当你向这个共享变量中写入数的时候，LabVIEW将这个新的值发送给网络上的SVE，SVE然后将这个值发布出去，使得网络上其它的节点可以得到这个更新的值。
如图2，机械手控制系统的基本流程，由轨,迹插补模块对途径点分段，采用过四点的3次多项式插值运算，将计算结果输入运动学反解模块，计算出关节坐标下各关节的对应的角度，将各运动关节轨迹送入到关节控制器模块中进行关节运动控制，由编码器的测量值实时计算机械手末端的位置。
根据系统流程及LabVIEW实时模块的工作原理，采用单神经元白适应PID和常规PVA极点配置控制策略，两者可进行对比实验。