控制系统软件概要设计0.5

手机功能检验产品

机械手控制系统软件概要

设计说明书

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湖北众友科技实业股份有限公司

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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)

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：

三

轴

控

制

器

1~4

驱

动

器

1~4

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：

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：

图2-2 生成运动控制器程序的流程

3.1.3机械手自动运行

流程如图2-3所示：

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：

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。

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：

图4 系统组件图

系统组件详细内容见表1：

表1 系统组件列表

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：

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

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

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：

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。

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

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。

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

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

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

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。