基于国产MCT8000运动控制卡的开放式结构机器人控制系统小脚轮

基于国产MCT8000运动控制卡的开放式结构机器人控制系统

基于国产MCT8000运动控制卡的开放式结构机器人控制系统 2011： 运动控制器是指以中央逻辑控制单元为核心，以传感器为信号敏感元件，以电机/动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置。它的主要任务是根据作业的要求和传感器件的信号进行必要的逻辑/数学运算，为电机或其它动力和执行装置提供正确的控制信号。运动控制器的轴数一般指它所能控制独立运动的数目，在大多数情况下等于所能控制电机运动轴的数目。我们把所能控制电机运动轴的数目大于1的运动控制器，称为多轴运动控制器。??? 机器人控制系统是一种典型的多轴实时运动控制系统。传统的机器人控制系统采用的是专用的计算机加多单片机-多控制回路的封闭式体系结构。这种结构的控制器在高速、高精度和多轴同步运动控制等方面存在技术瓶颈。此外还存在制造和使用成本高，开发周期长，升级换代困难，无法添加系统的新功能等一系列缺点，这在一定程度上限制了机器人的应用范围。　　 本文介绍一种基于国产MCT8000运动控制卡的开放式结构机器人控制系统。这种机器人控制系统的重要特点在于它采用通用个人计算机加DSP（Digital Signal Processor）-多控制回路的开放式体系结构以及它的网络控制特性。以下对这一系统作简要介绍。

1 控制系统总体设计

如上节所述，机器人控制系统是一种典型的多轴实时运动控制系统。采用国产MCT8000／2－8轴运动控制器及其控制软件可以高效构造出新一代高速、高精度开放式结构机器人控制系统。　　 MCT8000运动控制器是由深圳市摩信科技有限公司开发的新一代开放式结构2-8轴运动控制器系列产品。该控制器的CPU采用美国TI公司的TMS320C31 40MHz DSP，支持ISA、PCI标准总线或USB高速接口与主控机连接。主控机与控制器之间通过双向高速FIFO进行通讯，可提供2－8轴的高速，高精度的伺服控制。主控机可选用通用的PC系列微机。和传统的运动控制器产品相比，MCT8000系列产品具有开放式结构，高速、高精度，网际在线控制，多轴同步控制等功能特点。　　 MCT8000提供的软件包括：运动控制卡的BIOS函数库（用户可直接操作MCT8000的所有I/O）、基本运动函数库（1~3维的运动插补和运动控制函数）、扩展运动函数库（机器人运动学模型和智能PLC代码翻译器等）和网际在线控制器（基于TCP/IP的点对点安全通讯协议）。利用MCT8000提供的软件系统和图形化的开发平台，可大大地缩短机器人控制系统的开发周期。　　 由MCT8000运动控制卡构成机器人控制器的系统组成如图1所示。本系统采用PC总线的工业计算机作为硬件平台，处理机器人控制中的非实时任务，实时任务由MCT8000运动控制卡处理。运动控制卡控制的伺服电机驱动机器人的各个关节(可同时控制8个关节)，使机器人按预定的轨迹运动。 2 控制系统软件结构

本机器人控制系统的操作平台采用JAVA语言开发，具有专业化视窗图形界面和优良的网络在线控制特性。用户只需借用视窗控件对控制系统进行简单的配置（如选择机器人的运动学模型、设定机器人的结构参数等），即可控制不同类型的机器人。用户还可以在本控制系统的基础上，进行二次开发，加入自己的功能模块，如各种高级的控制算法、机器人的运动学、动力学模型、机器人视觉系统等，形成具有用户特色的机器人控制器。图2为我们研制的机器人控制系统的软件结构。它主要由控制器的人机界面、运动控制和逻辑控制以及DSP主控程序等模块组成。

2.1 控制器人机界面

利用MCT8000的运动控制开发平台，用户在Windows环境下可完成下列非实时任务：系统结构参数的设置；在线调整系统的可控参数(如PID参数的自整定)；系统动态响应分析和机器人运动轨迹的显示；系统运行模式选择（手动/自动、示教或网络远程控制）和常规操作（启动、文件处理和紧急停机等）。用户可在开发平台提供的C环境和程序模板下，针对特定的作业要求，编写机器人运动控制程序，并对其编译、连接和执行。应用MCT8000的网际控制软件包，可通过英特网或局域网对机器人实现远程控制。

2.2 运动控制和逻辑控制（PLC）模块

本模块处理机器人控制器的实时任务，由MCT8000运动控制卡完成。

运动控制的主要功能，是控制机器人各关节按预定轨迹运动，完成相关作业。主要包括：轨迹规划、机器人正向、逆向运动学模型、插补器和PID调节器等模块。而逻辑控制（PLC）模块用于控制机器人系统的开关量。

2.3 DSP主控程序

MCT8000运动控制卡的运行机制，是按预先设定的中断时间周期地执行各种运动控制指令。DSP主控程序在前台监控运动控制程序的运行状态，在后台响应用户的实时控制命令，控制底层控制环节的正常运行。

图2 摩信机器人控制系统的软件结构

3 应用实例图3是应用本控制器对日本SONY公司所产SC

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