● 摘要
随着我国工业现代化水平的高速发展，工业机器人设备得到越来越广泛的应用。工业机器人控制系统作为工业机器人设备的核心软件担负着运动过程控制、运动轨迹运算、系统监控和通讯等重要任务。目前工业机器人控制系统的关键技术主要掌握在国外厂商手中，国内的相关产品中普遍存在着开发成本高昂、可复用水平低、兼容性和灵活性差等弱点，这就造成了对国外产品的长期依赖，大大制约了我国工业机器人技术的发展。因此本文依托国家863计划重点项目——“机器人模块化体系结构设计”，基于实时操作系统RTLinux—THIN和嵌入式硬件平台设计并实现了一套新型工业机器人控制系统，解决了上述问题，满足了当前工业发展需求。本文首先从分析一台六轴工业机械臂的工作流程入手，获取工业机器人控制系统的功能需求。然后根据研究目标选择了新型实时操作系统RTLinux—THIN作为控制系统的操作系统，该操作系统在满足工业实时性要求的基础上兼具了一般通用操作系统才具备的功能强大，兼容性好，可用软件中间件和驱动程序资源丰富等特点。在此操作系统基础上构建了分层体系结构的总体框架。为了提高系统的可重用性和扩展性，本文运用了基于模型驱动架构的软件设计方法设计了平台无关模型，并在此基础上设计了各功能组件；为了保证系统实时性，将功能组件按实时性要求细分为实时组件和非实时组件，并分别部署在操作系统实时区和非实时区；为了实现和外围设备的高效稳定通讯，根据工业机器人通讯的特点设计了一种基于优先级的通讯协议；为了保证系统可靠性，根据操作系统特性开发了两种同步互斥方法，满足了系统中应用组件间的同步互斥要求。最后，将本文设计的控制系统应用在六轴工业机械臂控制器中，并和现有控制系统一起做了实时性测试。对比分析，新控制系统实时性明显优于现有系统。此外该系统已经被集成在工厂实际的焊机机器人本体上，连续稳定的运行了五天，无错误和宕机发生，证明了该系统的稳定性和可靠性。这些实验测试证明了本文设计的控制系统的正确性，达到了研究目标并具有实际价值。