Abstract Portable Robot．as 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：便攜式機器人體積小，重量輕，攜帶方使，可以在狹小空間內作業，與普通孤焊機器人相比，具有獨特的優點。本文首先介紹了便攜式機器人皋體結構，其裊介紹了誼控制器的硬件結構，最后介紹了控制器軟件的設計。 關鍵詞：便攜式機器人，機器人控制囂 1 引言 由于目前工廠里所用的普通機器人，采用固定砬置安裝，所以對于某些狹小空間和作業位置不固定的場合就無法勝任。針對這種情況我們研制出了便攜式機器人，它攜帶方便，在需要作業的地方進行簡單安裝就能工作。該便攜機器人由機械本體、控制器和移動裝置等構成。對機械本體采用了類比性設計。出于對便攜式弧焊機器人的機構特點和使用特性的考慮，便攜式弧焊機器人的體積小、重量輕，軌跡規劃無須考慮復雜的力矩約束。但由于便攜式弧焊機器人主要應用于船體內部、鍋爐內部等狹小空間，工作環境復雜，所以對機器人末端夾持器（焊槍）的運動靈活性要求較高。在設計控制器時，對國內外的機器人控制器進行了廣泛研究?？紤]了當前機器人控制器的發展方向，我們設計出了具有一定通用性和開放結構的機器人控制器。 2 便攜式機器人本體 該機器人為六自由度關節式機器人。全部采用轉動運動副。由交流伺服電機通過諧波減速器帶動。機械本體自重為30kg左右，持重大約5kg。將實物結構圖進行簡化，按照DH法則建立坐標系，結果如圖1所示機器人各關節及連桿的結構參量如表1所示。 ] 3 控制器硬件結構 工業機器人控制器硬件主要包括主機、示教盒、運動電機、碼盤、驅動器和輸人輸出擴展卡等。在參考國內外機器人控制器的基礎上，我們設計了如圖2所示的機器人控制器，該控制器主要由以下硬件構成： （1）主機采用基于ISA總線的工業控制機，CPU為Pe nlinum1 66。 （2）通訊卡示教盒和主機通訊選用MOXA公司的C102通用RS一422／485兩串口通訊卡，示教盒和主機通訊采用RS422總線接口標準．使得通訊抗干擾能力強，傳輸距離長 該卡的另一端El留作備用。驅動器和主機的通訊采用M0XA的C168P通用八串El通訊卡。其作用是將碼盤反饋的電機位置信息傳給主機，以確定機器人的初始精確位置 （3）示教盒示教盒是機器人和操作者人機交互的工具。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個鍵，按鍵采用輕巧超薄的薄膜開關。操縱者通過鍵盤輸入信息，顯示屏采用MGLS240 X 128點陣式液晶顯示屏 該液晶顯示屏可以顯示中文，人機界面友好。 （4）電機本控制器使用了六個交流伺服電機，該電機本身配有碼盤，碼盤選用了一種簡易的絕對碼盤，這種碼盤只能大致記錄機器人所處的絕對位置，所以在機器人開機啟動時，關節電機要作很小的轉動，以便確定出電機在一圈內所處的精確位置。這種碼盤在一定程序上兼具了絕對碼盤和增量碼盤的優點。 （5）運動控制板電機運動控制采用基于PMD的運動控制板，一個板可以控制4個電機的連動，由于有6個電機，所以用了兩個控制板?？刂瓢逑蝌寗悠鬏敵鲭姍C驅動信號、伺服ON、報警清除等控制信號。驅動器的作用是將控制信號放大， （6）l／O擴展 l／O擴展主要用于和外部焊接控制器、傳感器的通訊以及機器人控制器面板指示燈開滅以及錯報警等。這里選用了威達工控的ICP—DlO481／O擴展卡。 4 控制器軟件結構 機器人控制器軟件是一個大型的系統軟件，我們采用了面向過程的軟件設計方法進行軟件設計。這樣整個軟件被劃分為功能相對獨立的模塊，使得軟件結構清晰，不僅易于設計也易于閱讀和理解 便攜式機器人控制器軟件總體結構如圖3所示 上面虛線框里面的部分是控制器軟件的上層軟件，完成控制器的任務規劃和監控。下面虛線框里是下層軟件，包括機器人運動軌跡規劃和伺服電機控制。根據便攜式弧焊機器人的工作需求和軟件模塊的劃分原則，整個控制軟件劃分為以下幾個相對獨立的模塊： （1）初始化模塊該模塊主要作用是設置控制器的作業環境。 （2）監控模塊該模塊提供示教盒與主機的通訊功能，處理鍵盤擊鍵，處理機器人運行時的位置超限等措施，l／O模塊管理控制器面板燈和報警。 （3]示教模塊 該模塊主要完成對機器人的示教操作。可以在關節、直角、工具和用戶四種坐標系下示教。示教模塊的輸出為規定機器人再現運動方式的指令文件和記錄示教點位置信息的位置文件。 （4）再現模塊該模塊主要完成機器人的再現操作。它調用機器人語言解釋模塊形成機器可以理解的運動指令，根據不同的指令去調用下層軟件驅動機器人完成作業任務。 （5）文件管理機器人控制器中有各種各樣文件，所以控制器軟件設計了一個模塊作為文件管理，包括文件的改名、刪除、復制等。文件管理模塊的作用類似于操作系統中的文件管理功能 （6）軌跡規劃該模塊包括機器人運動學正逆運算和軌跡插補。 （7）伺服控制該模塊是PMD控制板的電機伺服控制軟件包，該控制包提供了對運動電機控制的基本指令。 控制器軟件采用DOS作為操作系統，用C語言進行編程 5 運動控制仿真 應用本控制器對便攜式機器人進行運動控制實驗，對做圓弧運動的數據進行記錄如下表 以第二組點（1，1．4，26），（1 1，2，4），（1，2，5，3）作圖，有下圖：實驗表明，本控制器能夠完成對便攜式機器人有效、靈活的控制。 6 結論 開發“具有開放式結構的模塊化、標準化機器人控制器”是當前機器人控制器的一個發展方向。本課題的設計和研究中，既考慮到了便攜式弧焊機器人獨有的特點，又考慮到了當前機器人控制器的發展方向。控制器在通用的硬件和軟件平臺上開發，選用功能強大的C語言作為編程工具，使得控制器具有一定的通用性，縮短了開發的周期。 參考文獻 1 黃通等，機器人通用控制系統的設計與實現，中國第五屆機器人學會會議論文集，1997 2 范永．譚民．機器人控制器的現狀及展望機器，L．1992 1 3 胡衛龍，六自由度機器人軌跡規劃的理論研究及軟件開發，哈爾濱工業大學碩士論文，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 Ford What is an Open Architecture Robot Controller?lEEE International Symposium on Intelligent Co nlr0l 1994