Abstract Portable Robot．a(chǎn)s compared with general arc—welding robot．has its unique characte r because of its portability Firstly on this pape r the mechanic architecture of portable robot is introduced Secondly．the hardware archi。tectu re of robot controller is introduced also Lastly．The design of the software architectu re is introduced in detail Keywo～s：port～ le robot．robot controlle r 摘 要：便攜式機(jī)器人體積小，重量輕，攜帶方使，可以在狹小空間內(nèi)作業(yè)，與普通孤焊機(jī)器人相比，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。本文首先介紹了便攜式機(jī)器人皋體結(jié)構(gòu)，其裊介紹了誼控制器的硬件結(jié)構(gòu)，最后介紹了控制器軟件的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：便攜式機(jī)器人，機(jī)器人控制囂 1 引言 由于目前工廠里所用的普通機(jī)器人，采用固定砬置安裝，所以對(duì)于某些狹小空間和作業(yè)位置不固定的場(chǎng)合就無(wú)法勝任。針對(duì)這種情況我們研制出了便攜式機(jī)器人，它攜帶方便，在需要作業(yè)的地方進(jìn)行簡(jiǎn)單安裝就能工作。該便攜機(jī)器人由機(jī)械本體、控制器和移動(dòng)裝置等構(gòu)成。對(duì)機(jī)械本體采用了類比性設(shè)計(jì)。出于對(duì)便攜式弧焊機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)和使用特性的考慮，便攜式弧焊機(jī)器人的體積小、重量輕，軌跡規(guī)劃無(wú)須考慮復(fù)雜的力矩約束。但由于便攜式弧焊機(jī)器人主要應(yīng)用于船體內(nèi)部、鍋爐內(nèi)部等狹小空間，工作環(huán)境復(fù)雜，所以對(duì)機(jī)器人末端夾持器（焊槍）的運(yùn)動(dòng)靈活性要求較高。在設(shè)計(jì)控制器時(shí)，對(duì)國(guó)內(nèi)外的機(jī)器人控制器進(jìn)行了廣泛研究?？紤]了當(dāng)前機(jī)器人控制器的發(fā)展方向，我們?cè)O(shè)計(jì)出了具有一定通用性和開放結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器。 2 便攜式機(jī)器人本體 該機(jī)器人為六自由度關(guān)節(jié)式機(jī)器人。全部采用轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。由交流伺服電機(jī)通過諧波減速器帶動(dòng)。機(jī)械本體自重為30kg左右，持重大約5kg。將實(shí)物結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行簡(jiǎn)化，按照DH法則建立坐標(biāo)系，結(jié)果如圖1所示機(jī)器人各關(guān)節(jié)及連桿的結(jié)構(gòu)參量如表1所示。 ] 3 控制器硬件結(jié)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人控制器硬件主要包括主機(jī)、示教盒、運(yùn)動(dòng)電機(jī)、碼盤、驅(qū)動(dòng)器和輸人輸出擴(kuò)展卡等。在參考國(guó)內(nèi)外機(jī)器人控制器的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)了如圖2所示的機(jī)器人控制器，該控制器主要由以下硬件構(gòu)成： （1）主機(jī)采用基于ISA總線的工業(yè)控制機(jī)，CPU為Pe nlinum1 66。 （2）通訊卡示教盒和主機(jī)通訊選用MOXA公司的C102通用RS一422／485兩串口通訊卡，示教盒和主機(jī)通訊采用RS422總線接口標(biāo)準(zhǔn)．使得通訊抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離長(zhǎng) 該卡的另一端El留作備用。驅(qū)動(dòng)器和主機(jī)的通訊采用M0XA的C168P通用八串El通訊卡。其作用是將碼盤反饋的電機(jī)位置信息傳給主機(jī)，以確定機(jī)器人的初始精確位置 （3）示教盒示教盒是機(jī)器人和操作者人機(jī)交互的工具。示教盒由盒體、鍵盤、顯示屏、控制電路等組成。示教盒面板上有55個(gè)鍵，按鍵采用輕巧超薄的薄膜開關(guān)。操縱者通過鍵盤輸入信息，顯示屏采用MGLS240 X 128點(diǎn)陣式液晶顯示屏 該液晶顯示屏可以顯示中文，人機(jī)界面友好。 （4）電機(jī)本控制器使用了六個(gè)交流伺服電機(jī)，該電機(jī)本身配有碼盤，碼盤選用了一種簡(jiǎn)易的絕對(duì)碼盤，這種碼盤只能大致記錄機(jī)器人所處的絕對(duì)位置，所以在機(jī)器人開機(jī)啟動(dòng)時(shí)，關(guān)節(jié)電機(jī)要作很小的轉(zhuǎn)動(dòng)，以便確定出電機(jī)在一圈內(nèi)所處的精確位置。這種碼盤在一定程序上兼具了絕對(duì)碼盤和增量碼盤的優(yōu)點(diǎn)。 （5）運(yùn)動(dòng)控制板電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制采用基于PMD的運(yùn)動(dòng)控制板，一個(gè)板可以控制4個(gè)電機(jī)的連動(dòng)，由于有6個(gè)電機(jī)，所以用了兩個(gè)控制板。控制板向驅(qū)動(dòng)器輸出電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、伺服ON、報(bào)警清除等控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器的作用是將控制信號(hào)放大， （6）l／O擴(kuò)展 l／O擴(kuò)展主要用于和外部焊接控制器、傳感器的通訊以及機(jī)器人控制器面板指示燈開滅以及錯(cuò)報(bào)警等。這里選用了威達(dá)工控的ICP—DlO481／O擴(kuò)展卡。 4 控制器軟件結(jié)構(gòu) 機(jī)器人控制器軟件是一個(gè)大型的系統(tǒng)軟件，我們采用了面向過程的軟件設(shè)計(jì)方法進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。這樣整個(gè)軟件被劃分為功能相對(duì)獨(dú)立的模塊，使得軟件結(jié)構(gòu)清晰，不僅易于設(shè)計(jì)也易于閱讀和理解 便攜式機(jī)器人控制器軟件總體結(jié)構(gòu)如圖3所示 上面虛線框里面的部分是控制器軟件的上層軟件，完成控制器的任務(wù)規(guī)劃和監(jiān)控。下面虛線框里是下層軟件，包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃和伺服電機(jī)控制。根據(jù)便攜式弧焊機(jī)器人的工作需求和軟件模塊的劃分原則，整個(gè)控制軟件劃分為以下幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊： （1）初始化模塊該模塊主要作用是設(shè)置控制器的作業(yè)環(huán)境。 （2）監(jiān)控模塊該模塊提供示教盒與主機(jī)的通訊功能，處理鍵盤擊鍵，處理機(jī)器人運(yùn)行時(shí)的位置超限等措施，l／O模塊管理控制器面板燈和報(bào)警。 （3]示教模塊 該模塊主要完成對(duì)機(jī)器人的示教操作。可以在關(guān)節(jié)、直角、工具和用戶四種坐標(biāo)系下示教。示教模塊的輸出為規(guī)定機(jī)器人再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方式的指令文件和記錄示教點(diǎn)位置信息的位置文件。 （4）再現(xiàn)模塊該模塊主要完成機(jī)器人的再現(xiàn)操作。它調(diào)用機(jī)器人語(yǔ)言解釋模塊形成機(jī)器可以理解的運(yùn)動(dòng)指令，根據(jù)不同的指令去調(diào)用下層軟件驅(qū)動(dòng)機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)。 （5）文件管理機(jī)器人控制器中有各種各樣文件，所以控制器軟件設(shè)計(jì)了一個(gè)模塊作為文件管理，包括文件的改名、刪除、復(fù)制等。文件管理模塊的作用類似于操作系統(tǒng)中的文件管理功能 （6）軌跡規(guī)劃該模塊包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆運(yùn)算和軌跡插補(bǔ)。 （7）伺服控制該模塊是PMD控制板的電機(jī)伺服控制軟件包，該控制包提供了對(duì)運(yùn)動(dòng)電機(jī)控制的基本指令。 控制器軟件采用DOS作為操作系統(tǒng)，用C語(yǔ)言進(jìn)行編程 5 運(yùn)動(dòng)控制仿真 應(yīng)用本控制器對(duì)便攜式機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)，對(duì)做圓弧運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄如下表 以第二組點(diǎn)（1，1．4，26），（1 1，2，4），（1，2，5，3）作圖，有下圖：實(shí)驗(yàn)表明，本控制器能夠完成對(duì)便攜式機(jī)器人有效、靈活的控制。 6 結(jié)論 開發(fā)“具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人控制器”是當(dāng)前機(jī)器人控制器的一個(gè)發(fā)展方向。本課題的設(shè)計(jì)和研究中，既考慮到了便攜式弧焊機(jī)器人獨(dú)有的特點(diǎn)，又考慮到了當(dāng)前機(jī)器人控制器的發(fā)展方向?？刂破髟谕ㄓ玫挠布蛙浖脚_(tái)上開發(fā)，選用功能強(qiáng)大的C語(yǔ)言作為編程工具，使得控制器具有一定的通用性，縮短了開發(fā)的周期。 參考文獻(xiàn) 1 黃通等，機(jī)器人通用控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，中國(guó)第五屆機(jī)器人學(xué)會(huì)會(huì)議論文集，1997 2 范永．譚民．機(jī)器人控制器的現(xiàn)狀及展望機(jī)器，L．1992 1 3 胡衛(wèi)龍，六自由度機(jī)器人軌跡規(guī)劃的理論研究及軟件開發(fā)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文，1 999 4 Unimation．Unimate PUMA Mark _ 一VAL ll Robot 500Series（Models 552／562）Equipment Manual 398 AH1 AWestinghouse Company．January 1987 5 E Freund．J R邙mann Sysllems Approach to Robotics and Automation IEEE Intemational Confefence on Robo tics and Automation 0—7803—1965—6／950 1995 3 6 John Wiley Robot Analysis and Contro1．1986 7 Moxa Teohnologies Co Ltd Moxa C1 02 Universal RS 一422／485 2 Port Serial Boards User。S Manual 4th edition 1998 2 8 W indows—based PC Robot Controller YASKAWA NewsRelease 1997 10 9 Willian E 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