● 摘要
计算机技术和嵌入式技术的发展正在不断改变传统的设备、方法和人们的生活习惯，由此也逼迫各领域进行一系列的革新和开放，这正是“工业4.0”时代最大的发展趋势。工业机械臂作为工业产品的先锋领域，其核心是机械臂的控制器。作为机械臂最有科技含量和最贵重的部分，机械臂控制器也亟需进行集约化、模块化、开放式的革新。
开放式的机械臂控制器作为第二代控制器，虽然提出时间较早，却至今没有大规模展开。如果能有一套比较成形的开放式系统被全球推广使用，对于统一认识、节约各方资源、降低工业成本等都益处很大。同时，中国由于工业起步较晚，如果能赶上工业4.0的研发大潮，也将大幅度提高本国的工业能力。本文的研究顺应历史变革，对开放式的机械臂控制器进行了研究。由于机械臂控制器涉及的研究领域非常广泛，结构、层次、性能指标、运动控制器以及通用控制平台等都是需要考虑的部分。因此本文的研究也对这些方面都有所涉猎。最终的结果是，根据开放式控制器的理念、方法和设计原则，设计了一套基于嵌入式ARM的步进电机机械臂控制系统，包括硬件平台设计、软件系统搭配、控制算法分析、驱动程序及Qt图形界面的编写，并通过“仿真加实物”的双向实验验证了各项设计的可行性，适当填补了嵌入式Linux操作系统及软件技术在直接控制步进电机机械臂技术上的空缺。虽然这套开放式系统仍属于第二代的控制器，在未来却依旧有很大的实用价值。