六自由度模块化机器人控制系统设计

第37卷?第6期?2015-06(下)?

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六自由度模块化机器人控制系统设计

Designed control system of 6-DOF modular robot

王殿君，嵇钟辉，刘淑晶，相 臣，彭文祥

WANG Dian-jun, JI Zhong-hui, LIU Shu-jing, XIANG Chen, PENG Wen-xiang

（北京石油化工学院 机械工程学院，北京 102617）

摘 要：针对开放式系统在控制机器人方面的特点，使用PMAC（Programmable multiple-axis

controller）运动控制器，基于Visual C++6.0平台开发了一种六自由度模块化机器人控制系统。采用PMAC运动控制器为下位机，完成了硬件系统的设计和搭建，在PC上位机上基于MFC设计了机器人控制软件，实现空间运动学计算、示教等功能。机器人示教实验及定位实验表明，应用PC+PMAC的控制系统可以较好地实现机器人稳定工作，其最大定位误差为0.8392mm，定位精度比较高，这可以较好地满足机器人的工作要求。

关键词：模块化；六自由度机器人；PMAC；控制系统中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2015)06(下)-0107-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.06(下).31

收稿日期：2015-01-13

基金项目：国家“863”高技术项目：机器人操作系统、软件仓库及模块化硬件平台开发（2012AA041402）；北京石油 化工学院URT 项目（2014J00082）

作者简介：王殿君（1973 -），男，北京人，教授，博士，研究方向为机器人技术。

0 引言

目前机器人常用的控制方式主要有主从式、分布式、集中式。主从式控制方式是由一级计算机和二级计算机组合控制的，主要应用于机器人的远程控制。分布式控制方式可以有效的提高控制器的工作速度和控制性能，但是这也给控制系统设计增大了难度。而集中式的控制方式简单、灵活，可以实现任务的实时集中控制等特点，被广泛应用于机器人控制。

集中式控制方式目前主要有专用式控制方式、开放式控制方式。专用式控制方式专用、集成度高，但不开放、功能可扩展性和可移植性不高，不利于二次开发。开放式的控制方式以其具有很好的实时性、稳定性、可扩展性等优点成为当下机器人控制的常用方法。通过对几种控制方式的对比分析以及机器人控制系统设计的实际要求，机器人控制系统采用开放式控制方式。

本文首先简要介绍了六自由度模块化机器人本体构造，选择了一种基于上位机PC 与下位机PMAC 的控制系统，开发了上位机机器人控制软件，搭建机器人运动平台并进行了机器人示教及定位实验。

1 六自由度模块化机器人结构简介

六自由度模块化机器人分为六个模块，在设计过程

中采用模块化的思想[1～3]。驱动综合使用了步进电机、交流伺服电机搭配谐波减速器、行星减速器的形式，并采用同步带传动、蜗轮蜗杆传动等多种传动方式[4,5]。

加工组装完成的六自由度模块化机器人机械本体如图1所示。

图1 六自由度机器人机械本体

2 硬件控制系统设计及实现

2.1 机器人控制系统总体方案

依据已选定的开放式控制方式进行控制器的选择。运动控制器是机器人控制系统的核心，它负责接收上位机的用户指令，根据指令控制其他电气元件工作。常用的控制器有单片机、PLC 、运动控制器等。单片机控制的优点是经济性高、控制系统成本相对较低，缺点是故障率较高、扩展性差，对周围环境依赖性较强、稳定性