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工业机器人示教盒系统的设计
时间:2016-11-28 点击: 来源:互联网 作者:匿名
简介：示教盒是机器人控制系统的重要组成部分，操作者通过示教盒进行手动示教，控制机器人达到不同位姿，并记录各个位姿点坐标。利用机器人语言进行在线编程，实现程序回放，让机器人执行程序要求的轨迹运动。本文利用单片机技术设计并实现了工业机器人的示教盒示……
示教盒是机器人控制系统的重要组成部分，操作者通过示教盒进行手动示教，控制机器人达到不同位姿，并记录各个位姿点坐标。利用机器人语言进行在线编程，实现程序回放，让机器人执行程序要求的轨迹运动。本文利用单片机技术设计并实现了工业机器人的示教盒示教系统，为控制系统的顺利进行提供了保证。
1.示教盒的硬件设计
示教盒的硬件电路如图1所示。示教盒是机器人和操作者人机交互的工具，类似于PC机的键盘并具有一定的显示功能。示教盒的硬件结构采用8031芯片为微处理器，由盒体、键盘、显示屏、控制电路等组成。 键盘采用轻巧超薄的薄膜开关，控制电路主要由控制键盘上的功能键和参数设定键组成。操纵者通过键盘输入任何信息。如：功能选取、坐标转换、各种运动指令等，来实现机器人的运动，记忆，停止和结束等功能；参数设定键用于设定示教时转动轴的运动速度，实现对机器人运动速度、运动方式及示教点位置信息的控制和存储，选用8279为键盘控制芯片，此芯片除有自动去抖和采用双键互锁处理重键的错误输入信息的功能外，它有I／0控制和数据的缓冲器，其中它的双向数据缓冲器可以连接内外总线，用于传送和CPU芯片之间的命令或数据。它还有8根回馈线和4根扫描线，在键被按下时，8279自动识别键号，并送人FIFO栈中存放，同时产生中断请求信号 O，由CPU完成相应的中断处理过程。
由于液晶显示器件具有低功耗、显示信息量大，便于显示字符图形等信息，同时还具有寿命长、无辐射等优点，因此显示模块采用液晶显示。用以显示各种提示信息，坐标位置信息，状态信息。程序存放在只读程序存储器27128中，数据存放在数据存储器6264中。示教盒与主机的通讯采用RS-232C标准串口进行通讯。
2.示教盒的软件设计
2.1 软件模块结构图
示教盒的软件总体框架如图2所示。示教盒开机上电以后，进行8279芯片、串行通讯的初始化，初始化成功后显示WELCOM提示信息，随后可进行三种模式的选取：示教模式、工作模式、再现模式。在示教模式下主要完成对机器人的示教操作。可在关节坐标系和直角坐标系下示教，并可随时进行两种坐标空间的切换，示教模块的输出为规定机器人再现运动方式的指令文件和记录示教点位置信息的位置文件；再现模式主要完成机器人的再现操作；进入工作模式后选择任务号，机器人毋须人工干预自动工作。
2.2 显示部分的软件设计
操作者在通过示教盒操作机器人时，示教盒的显示区应显示相应的提示信息，供操作者参考。进行示教时，当按下某一坐标键后（不释放），机器人末端执行器连续运动到所需的位置后，再释放该键，机器人停止运动。在这整个过程中显示器需不断更新显示相应坐标的位置数据。
2.3 键盘部分的软件设计
示教盒上电后，先对8279进行初始化。并且操作时不断地通过键盘芯片8279扫描控制键盘，看是否有键按下；当操作者按下不同的键时，8279就会自动识别键号，并送人FIF0栈中存放，同时产生中断请求信号IRO向CPU 申请中断，CPU响应中断后，在中断服务程序寄存器中读出键值，根据键值可以判断哪一个键按下，同时将对应键的控制指令信息代码通过串口传送给主机，通过调用相应的程序来控制机器人的运动。
2.4 通讯软件的设计
示教盒通讯模块的实现是通过定时中断来完成的，与主机的通讯采用RS-232C标准串口进行通讯。选用串口通讯方式1，采用单片机的定时器计数器T1作为波特率发生器。由于在设计中采用的是定时器计数器TO的定时中断如图3示，定时器计数器T1已经为波特率发生器，故要合理地设置定时器T1和TO。在TO发生定时中断之前要关闭波特率发生器T1，避免在中断发生时出现TO的中断请求被T1中断所屏蔽，影响数据信息的传送，在定时中断响应的程序中再做相应的处理。这部分的主要功能是实现示教盒与主机之间进行指令和数据传送，并将主机采集到的操作机的位置信息显示反馈给操作者。
此外，在程序设计里，就数据传送过程中为了避免受外界干扰的影响，采用了数字滤波、软件陷阱和举手判决等容错处理的方法，提高了系统的可靠性。
图3 中断服务程序（数据传输）流程图
3 结束语
示教盒系统用于工业机器人的示教与定位，简单、灵活、可靠，采用中断技术设计示教盒系统控制程序，软件结构简单、可靠、实时性好。示教盒已成功的在我校机器人实验中得到实践应用，其操作方便，显示准确无误，工作稳定，证明示教盒的设计合理。
1.示教盒的硬件设计
示教盒的硬件电路如图1所示。示教盒是机器人和操作者人机交互的工具，类似于PC机的键盘并具有一定的显示功能。示教盒的硬件结构采用8031芯片为微处理器，由盒体、键盘、显示屏、控制电路等组成。 键盘采用轻巧超薄的薄膜开关，控制电路主要由控制键盘上的功能键和参数设定键组成。操纵者通过键盘输入任何信息。如：功能选取、坐标转换、各种运动指令等，来实现机器人的运动，记忆，停止和结束等功能；参数设定键用于设定示教时转动轴的运动速度，实现对机器人运动速度、运动方式及示教点位置信息的控制和存储，选用8279为键盘控制芯片，此芯片除有自动去抖和采用双键互锁处理重键的错误输入信息的功能外，它有I／0控制和数据的缓冲器，其中它的双向数据缓冲器可以连接内外总线，用于传送和CPU芯片之间的命令或数据。它还有8根回馈线和4根扫描线，在键被按下时，8279自动识别键号，并送人FIFO栈中存放，同时产生中断请求信号 O，由CPU完成相应的中断处理过程。
由于液晶显示器件具有低功耗、显示信息量大，便于显示字符图形等信息，同时还具有寿命长、无辐射等优点，因此显示模块采用液晶显示。用以显示各种提示信息，坐标位置信息，状态信息。程序存放在只读程序存储器27128中，数据存放在数据存储器6264中。示教盒与主机的通讯采用RS-232C标准串口进行通讯。
2.示教盒的软件设计
2.1 软件模块结构图
示教盒的软件总体框架如图2所示。示教盒开机上电以后，进行8279芯片、串行通讯的初始化，初始化成功后显示WELCOM提示信息，随后可进行三种模式的选取：示教模式、工作模式、再现模式。在示教模式下主要完成对机器人的示教操作。可在关节坐标系和直角坐标系下示教，并可随时进行两种坐标空间的切换，示教模块的输出为规定机器人再现运动方式的指令文件和记录示教点位置信息的位置文件；再现模式主要完成机器人的再现操作；进入工作模式后选择任务号，机器人毋须人工干预自动工作。
2.2 显示部分的软件设计
操作者在通过示教盒操作机器人时，示教盒的显示区应显示相应的提示信息，供操作者参考。进行示教时，当按下某一坐标键后（不释放），机器人末端执行器连续运动到所需的位置后，再释放该键，机器人停止运动。在这整个过程中显示器需不断更新显示相应坐标的位置数据。
2.3 键盘部分的软件设计
示教盒上电后，先对8279进行初始化。并且操作时不断地通过键盘芯片8279扫描控制键盘，看是否有键按下；当操作者按下不同的键时，8279就会自动识别键号，并送人FIF0栈中存放，同时产生中断请求信号IRO向CPU 申请中断，CPU响应中断后，在中断服务程序寄存器中读出键值，根据键值可以判断哪一个键按下，同时将对应键的控制指令信息代码通过串口传送给主机，通过调用相应的程序来控制机器人的运动。
2.4 通讯软件的设计
示教盒通讯模块的实现是通过定时中断来完成的，与主机的通讯采用RS-232C标准串口进行通讯。选用串口通讯方式1，采用单片机的定时器计数器T1作为波特率发生器。由于在设计中采用的是定时器计数器TO的定时中断如图3示，定时器计数器T1已经为波特率发生器，故要合理地设置定时器T1和TO。在TO发生定时中断之前要关闭波特率发生器T1，避免在中断发生时出现TO的中断请求被T1中断所屏蔽，影响数据信息的传送，在定时中断响应的程序中再做相应的处理。这部分的主要功能是实现示教盒与主机之间进行指令和数据传送，并将主机采集到的操作机的位置信息显示反馈给操作者。
此外，在程序设计里，就数据传送过程中为了避免受外界干扰的影响，采用了数字滤波、软件陷阱和举手判决等容错处理的方法，提高了系统的可靠性。
图3 中断服务程序（数据传输）流程图
3 结束语
示教盒系统用于工业机器人的示教与定位，简单、灵活、可靠，采用中断技术设计示教盒系统控制程序，软件结构简单、可靠、实时性好。示教盒已成功的在我校机器人实验中得到实践应用，其操作方便，显示准确无误，工作稳定，证明示教盒的设计合理。
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