手机功能检验产品 机械手控制系统软件概要
设计说明书
文件编号： 版 本 号：
拟制人： 日期： 审核人： 日期： 批准人： 日期：
湖北众友科技实业股份有限公司
Page 1 of 17
控制系统 概要设计说明书 编号:
更改说明
版本号 Version0.1 更改时间 更改人 更改原因 审批人 Version0.2 2011.9.26 郭启军 接口修改 Version0.3 2011.10.08 郭启军 状态机描述修改 Version0.4 2011.11.08 郭启军 删除开关操作模块，改由更高效、低价的实 现方式 Version0.5 2011.12.01 郭启军 删除滑台控制模块，
Page 2 of 17
控制系统 概要设计说明书 编号:
目 录
手机功能检验产品 .......................................................................................................................... 1 机械手控制系统软件概要设计说明书 ........................................................................................... 1 1引言 ............................................................................................................................................... 4
1.1编写目的 ............................................................................................................................. 4 1.2背景 ..................................................................................................................................... 4 1.3定义 ..................................................................................................................................... 4 1.4参考资料 ............................................................................................................................. 4 2任务概述........................................................................................................................................ 4
2.1目标 ..................................................................................................................................... 4 2.2运行环境 ............................................................................................................................. 4 2.3需求概述 ............................................................................................................................. 5 3总体设计........................................................................................................................................ 5
3.1基本设计概念和处理流程 ................................................................................................. 5
3.1.1机械手系统校准操作的流程如图2-1所示： .................................................... 5 3.1.2机械手系统运动控制器程序生成流程如图2-2所示： .................................... 6 3.1.3自动运行时流程如图2-3所示： ........................................................................ 7 3.3功能分配 ............................................................................................................................. 9 4接口设计........................................................................................................................................ 9
4.1用户接口 ............................................................................................................................. 9 4.2外部接口 ............................................................................................................................. 9
4.2.1校准接口： ............................................................................................................ 9 4.2.2集成层接口： ........................................................................................................ 9 4.2.3 上位控制软件与下位控制器软件接口 ............................................................. 10 4.3内部接口 ........................................................................................................................... 10 5运行设计...................................................................................................................................... 10
5.1运行模块组合 ................................................................................................................... 10
5.1.1 XY定位模块运行流程： .................................................................................... 10 5.1.2 Z轴点击模块运行流程 ...................................................................................... 11 5.1.3 开关操作模块运行流程 ..................................................................................... 12 5.1.4 滑触模块运行流程 ............................................................................................. 12 5.2运行控制 ........................................................................................................................... 12 5.3运行时间 ........................................................................................................................... 13 6系统数据结构设计 ...................................................................................................................... 13 7系统出错处理设计 ...................................................................................................................... 13
7.1出错信息 ........................................................................................................................... 13 7.2补救措施 ........................................................................................................................... 13
Page 3 of 17
控制系统 概要设计文档 编号:
1引言
1.1编写目的
为明确上位运动控制系统的系统结构、安排项目规划与进度、制定详细测试计划、组织软件开发与测试，特撰写本文档。
本文档供项目经理、设计人员、开发人员参考。
1.2背景
TR2评审通过，控制系统软件功能明确。
1.3定义
无
1.4参考资料
[1] 王伟.在LabVIEW平台上构建一种二维运动控制系统.中国测试技术.2005（11）：104~106. [2] 基于虚拟仪器技术的多轴步进电机控制系统.王淑芳《微计算机信息》2006年第25期. [3] 交流伺服运动控制系统.舒志兵等.北京：清华大学出版社. [4] 软件工程（原书第九版）.程成等译.机械工业出版社.
2任务概述
依据运动控制系统的硬件实现方案和软件集成约定，编制运动控制软件的技术实现概要设计方案。
2.1目标 2.2运行环境
硬件及软件环境：
一台工控机：XXXCPU，XXX硬盘，XXX内存，Windows XP，LabVIEW测试环境； 系统运行环境示意图1：
page 4 of 17
控制系统 概要设计文档 编号:
显示器工控机三轴控制器1~4DAQ驱动器1~4力传感器电磁阀限位开关
图1 子系统环境
2.3需求概述
1）、可以获取的信息中需要包含：
①、机械手需操作的各点的坐标信息，坐标信息中包含时间先后关系的表示； ②、机械手按压操作时的按压动作持续时间或其它按压动作结束条件； ③、手机开关操作装置所需的开关量通道触发信息；
④、可推知机械手何时开始运动、暂停运动和最终停止运动的信息； 2）、可以根据获取的信息进行指令的规划：
①、生成X/Y两轴直线插补和圆弧插补定位控制指令序列； ②、生成Z轴定位和复位控制指令；
③、依据开关操作装置状态，生成控制开关操作装置的控制指令；
④、依据时间先后关系组合生成的控制指令序列，并在序列中插入程序运行控制命
令（开始、暂停、继续、结束）。
3）、可以下发指令序列到外部设备并根据接收到的反馈信息进行决策判断：
①、指令正确执行完毕，采取后续动作：继续下发其它指令或通知集成层本次操作
执行完毕；
②、运动控制指令收发超时，认定运动控制系统存在故障：通知集成层；
③、开关操作装置反馈的状态信息与期望不符，认定其存在故障：通知集成层；
3总体设计
3.1基本设计概念和处理流程
3.1.1机械手系统校准操作
流程如图2-1所示：
page 5 of 17
控制系统 概要设计文档 编号:
开始调用归零函数调用通信函数归零位调用轴控制函数控制器运行输入XY坐标控制器停止归零微调坐标观察结果、调整坐标结束
图2-1 机械手校准操作流程
3.1.2生成机械手系统运动控制器程序
流程如图2-2所示：
启动设置段号插入指令队列读取工程配置指令获取段中命令行文件解析依次调用解释程序空命令行非空生成返回指令生成指令行序列文件拆分为N段依次解释N段插入指令队列插入指令队列结束调用指令下发通知集成层结束
图2-2 生成运动控制器程序的流程
page 6 of 17
控制系统 概要设计文档 编号:
3.1.3机械手自动运行
流程如图2-3所示：
开始集成层触发段号信息下发段选命令更新传递运行状态至集成层获取反馈信息控制器运行段命令
图2-3自动运行时流程
3.2结构
用一览表及框图的形式说明本系统的系统元素（各层模块、子程序、公用程序等）的划分，扼要说明每个系统元素的标识符和功能，分层次地给出各元素之间的控制与被控制关系。 控制子系统的体系架构如图3所示：
算法层< 图3 控制子系统体系架构 1、算法层获取集成层工程的任务配置信息，“运动规划算法”一方面根据任务配置信息中的坐标序列生成运动控制器各轴的控制指令（指令中包含指令代码和相应的配置参数），另一方面根据任务置信息中的开关信息生成控制器的DO控制指令和DI判断指令，并在控制指令的相关位置插入程序进程控制指令（包含暂停、重新开始、停止指令）。 2、上述在算法层生成的指令按照先后顺序排列后，通过上位机与控制器的接口软件将控制指令以以太网通讯的方式下载至控制器。 3、在收到集成层接口1下发的布尔运行控制指令后，驱动层起动控制程序运行的接口软件，确保控制器继续运行对应的控制代码。 page 7 of 17 控制系统 概要设计文档 编号: 4、之后获取控制器的反馈信号，经反馈处理后，传递给集成层接口2。 本系统组件图如图4所示： 滑触XY定位Z轴点击侧面操作直线插补圆弧插补Z复位Z下行轴控函数库轴参数库规划算法定位函数配置参数DI扫描DO控制 图4 系统组件图 系统组件详细内容见表1： 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 组件名 滑触 XY定位 直线插补 圆弧插补 轴控函数库 轴参数库 规划算法 Z轴点击 Z复位 Z下行 定位函数 配置参数 开关操作 DI扫描 DO控制 功能描述 获取集成层工程的任务配置信息，调用XY定位模块、Z轴点击模块，完成手机触摸屏上的滑触操作，产生调用返回值 根据定位点坐标，采用直线插补或圆弧插补方式完成定位运动 根据起点坐标和终点坐标，采用直线插补指令并配置相关参数，完成直线轨迹运动 根据起点坐标和终点坐标及圆弧信息，采用圆弧插补指令并配置相关参数，完成弧线轨迹运动 控制器提供的控制轴运行方式的函数库 控制器提供的调整轴运行方式细节及配置信息的参数库 解析工程配置文件的指令格式，选择直线插补或圆弧插补方式并配置运动方式的参数生成运动控制器可接受的指令，并按照先后逻辑顺序组合指令并插入程序段标示和运行控制点 根据工程配置指令，完成Z轴对手机的按压并复位的动作 控制Z轴恢复零位置 按照设置的距离，控制Z轴完成下压动作 可控制轴根据设置的距离完成点位运动的库函数 配置定位函数的参数库中的参数 控制手机侧面装置动作，以操作手机侧面功能键 获取DAQ卡或运动控制器上的DI通道状态，来获取外部装置状态 修改DAQ卡或运动控制器上的DO通道状态，控制外部装置动作 表1 系统组件列表 page 8 of 17 控制系统 概要设计文档 编号: 3.3功能分配 本系统中各功能需求与程序模块（组件）之间的关系如表2所示： 功能需求 按键操作 滑动触摸 I/O控制 XY定位 ✓ ✓ Z轴点击 ✓ ✓ 开关操作 ✓ 滑触 ✓ 表2 功能实现分配表 4接口设计 4.1用户接口 提供一用户接口： ①、用于设置Z轴下行距离； ②、用于设置“Z轴下行就位”后到“Z轴开始上行复位”间的时间间隔。 本接口在界面上有一设置界面。 4.2外部接口 4.2.1校准接口： ①、通过校准接口对控制器接口软件（程序要连接的外部运动控制器的地址）和通道（程序使用的端口）进行设置。 ②、通过校准接口调用控制器的运动控制函数完成示教定位，用以获取机械手与相机标定所需的数据。 本接口提供一个设置界面，用户不可见。 4.2.2集成层接口： 集成层接口又细分为四个接口，分别为： ①、工程示教接口 本接口在新建工程的时候提供集成层调用，集成程序使用本接口下发新建的工程指令到运动控制器，控制机械手运动，验证建立的示教程序是否正确。 ②、配置文件接口 本接口在自动测试的时候提供集成层调用，运动控制算法层序通过本接口打包获取工程 指令文件以生成运动控制器的控制指令并打包下发，控制机械手运动，开展自动测试。 ③、运行控制接口 本接口提供集成层调用，集成程序通过本接口下发控制运动控制器内存储的程序运行的 触发信号。 ④、运行返回接口 page 9 of 17 控制系统 概要设计文档 编号: 本接口提供集成层调用，集成程序通过本接口获取控制运动控制器内程序和外部设备的运行情况。 4.2.3 上位控制软件与下位控制器软件接口 此接口与采用的控制器硬件有关，须依照硬件确定。 4.3内部接口 模块 输入 名称 类型 文本文件 字符串 名称 命令 参数 输出 类型 控制器指令标示符字符串 控制器指令参数字符串 运动规划算法模文件指令 块 示教指令 接口软件—下载方式模块 命令 “运动规划算法模块”的输出 参数 “运动规划算法模块”的输出 “反馈处理模块”输出 布尔量 运动函数字符串 控制器通信格式报文 段标示 状态 整型数值 整型数值 控制指令 控制器通信格式报文 接口软件—控制段标示 程序运行模块 触发 接口软件—直接控制模式模块 反馈处理模块 指令 段标示 状态 5运行设计 5.1运行模块组合 5.1.1 XY定位模块运行流程： 段选信号执行XY插补指令返回 1、获取上位机发送的段选信号； 2、根据段选信号确定当前程序运行的起始点，然后执行XY插补命令，控制X轴和Y轴运行到目标点； 3、 两轴运行到位后，程序暂停，同时生成调用返回值，完成调用。 page 10 of 17 控制系统 概要设计文档 编号: 5.1.2 Z轴点击模块运行流程 段选信号执行正向定位指令延时返回执行反向定位指令 1、获取上位机发送的段选信号； 2、根据段选信号确定当前程序运行的起始点，然后执行Z轴正向定位指令，控制Z轴运行到目标点； 3、Z轴正向运行到位后停止，延时设定的时间，确保实现Z轴点击的功能； 4、 执行Z轴反向定位指令，控制Z轴反向运行都目标点； 5、 Z轴运行到位后，程序暂停，同时生成调用返回值，完成调用。 5.1.3定位点击模块运行流程 段选信号执行XY插补指令执行下行定位指令返回执行反向定位指令延时 1、获取上位机发送的段选信号； 2、根据段选信号确定当前程序运行的起始点，然后执行XY插补命令，控制X轴和Y轴运行到目标点； 3、执行Z轴正向定位指令，控制Z轴运行到目标点； 4、Z轴正向运行到位后停止，延时设定的时间，确保实现Z轴点击的功能； 5、执行Z轴反向定位指令，控制Z轴反向运行都目标点； 6、两轴运行到位后，程序暂停，同时生成调用返回值，完成调用。 page 11 of 17 控制系统 概要设计文档 编号: 5.1.4 开关操作模块运行流程 段选信号DO置位DI判断返回DI判断DO复位 1、获取上位机发送的段选信号； 2、根据段选信号确定当前程序运行的起始点，然后执行置位输出口指令，使控制器某一输出口输出有效； 3、执行等待输入口有效指令，确保开关操作点击功能实现； 4、开关操作到位后，程序暂停，同时生成调用返回值，完成调用。 5.1.5 滑触模块运行流程 段选信号执行XY插补指令执行正向定位指令返回执行反向定位指令执行XY插补指令 1、获取上位机发送的段选信号； 2、根据段选信号确定当前程序运行的起始点，然后执行XY插补指令，控制X轴和Y轴运行到目标点； 3、两轴运行到位后，执行正向定位指令，确保Z轴正向运行到位； 4、再次执行XY插补指令，使两轴运行到目标点； 6、 执行反向定位指令，确保Z轴反向运行到位； 7、 程序暂停，同时生成调用返回值，完成调用。 5.2运行控制 运行控制将严格按照各模块间函数调用关系来实现。在各事务中心模块中，需对运行控制进行正确的判断，选择正确的运行控制路径。 在命令传输方面，上位机在发送控制数据报文后，将等待下位控制器的确认收到信号，收到后，再次等待下位控制器发送执行完毕的回答数据，然后对数据进行确认。下位控制器在接到控制数据报文后发送确认信号，在控制命令执行完毕后，将返回信息送回上位机，并 page 12 of 17 控制系统 概要设计文档 编号: 等待下一条控制命令的下发。 5.3运行时间 在软体的需求分析中，对运行时间的要求为必须对作出的操作有较快的反应。上位机与下位控制器的网络硬件接口对运行时间有最大的影响，当网络负载量大时，对操作反应将受到很大的影响。所以将采用单独检测设备单独通讯接口（RS232）、或以太网/USB链接的方式，实现客户机与服务器之间的连接，以减少网络传输上的开销。 6系统数据结构设计 无。 7系统出错处理设计 7.1出错信息 出错名称 运动控制系统故障 外部开关装置故障 系统输出信息 与运动控制器通讯超时 开关装置动作超时 处理方法 关闭系统，检查线路 关闭电源，检查线路 7.2补救措施 如软件运行时因不可预测的原因产生了超出控制的相应时，如外部硬件完整的执行了此意外命令可能会对设备和测试对象产生不可预测的破坏。考虑到这种情况，对机械手的三个自由自均加装不依赖与上位机的限位中断保护装置，可在意外指令产生破坏前中断其执行。 page 13 of 17 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容