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河北華利機械配件有限公司

大型剛體調姿實驗平臺手輪功能的實現(一)

2014/9/3 13:15:04
0    引言
        自從1965年Stewart提出將6自由度并聯機構作為訓練飛行駕駛員的飛行模擬器以來,憑借其輸出精度高、剛性好、承載能力強、便于控制、結構簡單穩定等特點,并聯機構得到了廣泛的應用與發展。大型剛體調姿實驗平臺作為一種特殊的數控專用設備,手輪功能也是不可或缺的功能。傳統數控設備一般只需通過手搖脈沖發生器發送相應指令脈沖控制單軸電機就可以實現。且相應的操作軸向及脈沖倍數的選擇通過簡單的開關量信號讀取來判斷。
        在本平臺中,剛體由3個三坐標定位器支撐,剛體的位姿變化需要通過這9個軸的同步協調運動來實現,即將笛卡爾坐標系的剛體運動通過逆解運算轉換為各伺服軸(實軸)的協同運動。因此,要求該平臺的手輪功能既能實現所有單個設備的運動控制,又能實現對剛體位置姿態的運動控制。這與傳統數控設備的手輪功能有著本質的不同,其必須依靠手持單元與工作站之間的協同控制才能實現。同時為了保證對操作者手搖脈沖輸入動作的快速響應和實時處理,需要系統實時性強,從而使程序設計更加困難和復雜。
        本研究結合大型剛體調姿實驗平臺的開發實踐,基于EUCHNER手持操作單元,介紹適用與該平臺的手輪功能開發。
1    硬件介紹
1.1    調姿實驗平臺
        本調姿實驗平臺由3個三坐標支持機構組成,可實現大型剛體六自由度的姿態調整,三坐標支撐機構3個運動軸均為電機驅動,電機選用美國Danaher傳動公司生產的Kellermorgen伺服電機,電機驅動器為CDServoStar系列,采用基于SynqNet實時現場總線控制技術,運動控制卡采用MotionEngineering公司生產的ZMP高速運動控制卡,對控制網絡上所有驅動器或者I/O模塊以節點的方式進行控制,它能實現最多32個伺服電機軸的同步驅動管理以及邏輯運算功能。手輪脈沖信號作為數字量輸入信號接入I/O模塊,作為運動控制的驅動信號。
1.2    手持單元
        本調姿平臺采用EUCHNER公司生產的086180型號手持單元,它由12組按鍵及相應的LED燈、2個12檔位的旋鈕、AB相脈沖發生器以及脈沖使能開關組成。串口數據接口為RS422A,傳輸協議依照3964R協議。根據手持單元所提供的開發協議可以實現如下功能:
        (1)對按鍵及旋鈕操作的消息響應及處理;
        (2)存儲文本信息并顯示;
        (3)手持單元狀態查詢(按鍵及旋鈕);
        (4)LED狀態燈開關控制。
        將以上功能與具體的工藝過程結合起來,將有效的提升調姿平臺的人機交互性能,使操作者在工作現場即可靈活便捷的控制本調姿平臺。
2    功能實現
2.1    手持單元與工作站之間的串口通信
        本研究采用微軟提供的MsComm控件建立串口通訊。為保證串口通信的實時性與效率,利用多線程的工作模式,在主線程中發送數據,在所創建的用戶界面線程上插入MsComm控件來接收數據。一個用戶界面線程對應一部手輪,通過這種模式,系統可以實現多部手輪的串行或者并行的工作模式。手持單元發送的數據格式有4種[6-8],分別為握手協議信息、按鍵或旋轉信息、確認信息以及手輪狀態信息。針對不同數據格式,靈活配置MsComm控件的接收屬性,確保接收數據的正確性與完整性。線程間通信利用時間驅動的方式。
        通信協議為3964R協議,該協議是西門子公司為了確保PLC之間或PLC與其他設備之間點對點可靠通信時,由程序包自動的將其加在數據包中,保證數據傳送的可靠性??刂谱秩缦?
        STX:傳送文本開始(02H);
        DIE:連接成功/數據傳輸無誤(10H);
        ETX:傳送文本結束(03H);
        BCC:校驗和(根據計算而定);
        NAK:否定應答(15H)。
2.1.1    數據的接收
        當數據緩沖區有數據時,會發送一個消息,自動調用OnComm()函數,在該函數內按以下程序設計框圖處理數據,其中,設置STX事件表示的是將CEvent類型的STXEvent置為觸發狀態,這樣在用戶界面線程中利用WaitForSingleOb-ject()函數就可以檢測到該事件已觸發,從而實現這兩個線程之間的同步。
        從接收的數據中可以得出手持單元按鍵或旋鈕狀態的變動,以自定義消息的方式發送至程序的主框架中,程序便會自動調用按鍵或旋鈕事件響應函數。
2.1.2    數據的發送
        數據的發送是在主線程中進行,主要完成一些文本信息的定制以及手持單元狀態信息的查詢功能。
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