您的位置：关键词：机器人控制
摘 要：开放式机器人控制器是机器人控制器的发展方向，本文在总结传统机器人控制器缺点的基础上，提出了一种新型开放式机器人控制器结构，并从硬件和软件两方面对该结构的具体实现方法做了介绍，目前该控制器在本实验室已完成了软硬件调试。最后对本控制器的优点及不足进行了总结。
关键词：机器人；开放式；控制器；PC
目前商品化的机器人系统大多采用封闭结构的专用控制器：采用专用计算机作为上层主控计算机，使用专用机器人语言作为离线编程工具，采用专用控制器进行各关节伺服控制，并将控制算法固化在ROM中。这种封闭系统很难(或不可能)进行修改。另外，商品化的机器人系统均没有网络功能。然而，现代化工业生产和机器人研究对机器人控制器开放性的要求越来越迫切。近年来，研究和使用开放式机器人控制器成为迫切需求和研究热点。目前，针对开放式机器人控制已有的研究工作主要集中于机器人结构的定义、实现系统部件的模块化、接口的标准化、提高软件代码的复用性、效率、可维护性、正确性以及程序的易读性，为用户提供方便的任务描述和编程环境等方面。
Willian E-Ford总结了开放式机器人控制器的主要思想：
(1)使用基于非专用计算机平台(如PC，SUN)的开发系统。
(2)使用标准的操作系统(如Windows,Unix)和标准的控制语言(如C/C++，VB)。
(3)硬件基于标准总线结构(如ISA,PC/104,STD)，能够与各种外围设备和传感器接口。
(4)使用网络策略，实现远程通讯，并允许对机器人远程操作。
可以根据上述思想设计开放式机器人控制器，而且设计过程中要尽可能做到模块化。
1开放式机器人控制器结构设计
机器人控制系统是一个复杂系统，处理复杂性的方法是定义一种结构，把复杂系统分解成 若干个可处理的模块，每个模块对外部行为给出一个简单的接口，忽略或在某种程度上简化内部行为。这方面的研究工作都集中于定义一个与实现平台无关的抽象模型。
本实验室按照功能模块化进行机器人控制器结构设计，提出了如图1所示的开放式机器人控制器结构。该结构由以下功能模块构成：机器人本体模块，运动控制模块，本地操作模块和网络操作模块。各模块功能由下至上，构成功能独立的层次结构。
机器人本体模块构成机器人控制系统的被控对象。
运动控制模块完成对被控对象的伺服控制。
本地操作模块提供给定位置输入，本体模块提供位置、速度等反馈，运动控制模块根据输入和反馈构成闭环，完成对被控对象的伺服控制。
本地操作模块完成本地操作任务，包括运动操作、算法操作、设备操作等。运动操作指提 供人机接口，使用户完成机器人运动方面的操作。算法操作是指对运动控制算法进行修改或替换的操作。设备操作是指对系统内I/O设备、传感器设备等的操作。
网络操作模块完成机器人网络操作功能。如局域网机器人操作、Internet机器人操作。
2开放式机器人控制器的实现
机器人控制器的结构设计是与实现平台无关的抽象模型，他仅从功能层次上对控制器进行了描述。结构设计完成后可通过具体软硬件进行实现，下文就该控制器结构在本实验室中的实现进行介绍。
2.1硬件实现及讨论
目前开放式机器人控制器硬件平台大致可以分为2类：基于PC总线的系统和基于VME总线的系统。PC总线系统具有一系列的优点，如成本低、开放性好、完备的软件开发环境和丰富的软件资源、良好的通讯功能、用户基础广泛等，因此成为未来的主要发展方向。本实验室控制器的实现采用了基于PC/104总线的系统。PC/104为一个标准PC总线，各引脚信号完全等同于ISA总线，但排列方式比ISA更为紧凑，广泛应用于嵌入式系统中。
本实验室系统中主要使用了以下硬件设备：
（1）台湾安勤公司PCM3610嵌入式PC，PC/104总线，带双以太网口。
（2）美国Delta Tau公司的PMAC2PC/104多轴运动控制卡一套（含DPRAM）。
（3）安川SGDM伺服放大器和SGMPH电机（含绝对位置码盘）6套。
（4）新松示教盒一个（RS232接口）。
（5）新松机器人本体。
（6）I/O卡，A/D卡，D/A卡若干。
具体硬件实现如图2所示。