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0.引言

    示教盒是機(jī)器人控制系統(tǒng)的重要組成部分，操作者通過示教盒進(jìn)行手動(dòng)示教，控制機(jī)器人達(dá)到不同位姿，并記錄各個(gè)位姿點(diǎn)坐標(biāo)。利用機(jī)器人語(yǔ)言進(jìn)行在線編程，實(shí)現(xiàn)程序回放，讓機(jī)器人執(zhí)行程序要求的軌跡運(yùn)動(dòng)。本文利用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人的示教盒示教系統(tǒng)，為控制系統(tǒng)的順利進(jìn)行提供了保證。                    

1.示教盒的硬件設(shè)計(jì)

    示教盒的硬件電路如圖1所示。示教盒是機(jī)器人和操作者人機(jī)交互的工具，類似于PC機(jī)的鍵盤并具有一定的顯示功能。示教盒的硬件結(jié)構(gòu)采用8031芯片為微處理器，由盒體、鍵盤、顯示屏、控制電路等組成。

                           
    鍵盤采用輕巧超薄的薄膜開關(guān)，控制電路主要由控制鍵盤上的功能鍵和參數(shù)設(shè)定鍵組成．操縱者通過鍵盤輸入任何信息。如：功能選取、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、各種運(yùn)動(dòng)指令等，來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，記憶，停止和結(jié)束等功能；參數(shù)設(shè)定鍵用于設(shè)定示教時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度、運(yùn)動(dòng)方式及示教點(diǎn)位置信息的控制和存儲(chǔ)，選用8279為鍵盤控制芯片，此芯片除有自動(dòng)去抖和采用雙鍵互鎖處理重鍵的錯(cuò)誤輸入信息的功能外，它有I／0控制和數(shù)據(jù)的緩沖器，其中它的雙向數(shù)據(jù)緩沖器可以連接內(nèi)外總線，用于傳送和CPU芯片之間的命令或數(shù)據(jù)．它還有8根回饋線和4根掃描線，在鍵被按下時(shí)，8279自動(dòng)識(shí)別鍵號(hào)，并送人FIFO棧中存放，同時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào) O，由CPU完成相應(yīng)的中斷處理過程。
    由于液晶顯示器件具有低功耗、顯示信息量大，便于顯示字符圖形等信息，同時(shí)還具有壽命長(zhǎng)、無輻射等優(yōu)點(diǎn)，因此顯示模塊采用液晶顯示。用以顯示各種提示信息，坐標(biāo)位置信息，狀態(tài)信息。程序存放在只讀程序存儲(chǔ)器27128中，數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264中。示教盒與主機(jī)的通訊采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串口進(jìn)行通訊。

2．示教盒的軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件模塊結(jié)構(gòu)圖

示教盒的軟件總體框架如圖2所示。示教盒開機(jī)上電以后，進(jìn)行8279芯片、串行通訊的初始化，初始化成功后顯示WELCOM提示信息，隨后可進(jìn)行三種模式的選取：示教模式、工作模式、再現(xiàn)模式。在示教模式下主要完成對(duì)機(jī)器人的示教操作。可在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系下示教，并可隨時(shí)進(jìn)行兩種坐標(biāo)空間的切換，示教模塊的輸出為規(guī)定機(jī)器人再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方式的指令文件和記錄示教點(diǎn)位置信息的位置文件；再現(xiàn)模式主要完成機(jī)器人的再現(xiàn)操作；進(jìn)入工作模式后選擇任務(wù)號(hào)，機(jī)器人毋須人工干預(yù)自動(dòng)工作。

2.2 顯示部分的軟件設(shè)計(jì)

操作者在通過示教盒操作機(jī)器人時(shí)，示教盒的顯示區(qū)應(yīng)顯示相應(yīng)的提示信息，供操作者參考。進(jìn)行示教時(shí)，當(dāng)按下某一坐標(biāo)鍵后（不釋放），機(jī)器人末端執(zhí)行器連續(xù)運(yùn)動(dòng)到所需的位置后，再釋放該鍵，機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)。在這整個(gè)過程中顯示器需不斷更新顯示相應(yīng)坐標(biāo)的位置數(shù)據(jù)。

2.3 鍵盤部分的軟件設(shè)計(jì)

   示教盒上電后，先對(duì)8279進(jìn)行初始化。并且操作時(shí)不斷地通過鍵盤芯片8279掃描控制鍵盤，看是否有鍵按下；當(dāng)操作者按下不同的鍵時(shí)，8279就會(huì)自動(dòng)識(shí)別鍵號(hào)，并送人FIF0棧中存放，同時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)IRO向CPU 申請(qǐng)中斷，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序寄存器中讀出鍵值，根據(jù)鍵值可以判斷哪一個(gè)鍵按下，同時(shí)將對(duì)應(yīng)鍵的控制指令信息代碼通過串口傳送給主機(jī)，通過調(diào)用相應(yīng)的程序來控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

2.4 通訊軟件的設(shè)計(jì)

示教盒通訊模塊的實(shí)現(xiàn)是通過定時(shí)中斷來完成的，與主機(jī)的通訊采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串口進(jìn)行通訊。選用串口通訊方式1，采用單片機(jī)的定時(shí)器計(jì)數(shù)器T1作為波特率發(fā)生器。由于在設(shè)計(jì)中采用的是定時(shí)器計(jì)數(shù)器TO的定時(shí)中斷如圖3示，定時(shí)器計(jì)數(shù)器T1已經(jīng)為波特率發(fā)生器，故要合理地設(shè)置定時(shí)器T1和TO。在TO發(fā)生定時(shí)中斷之前要關(guān)閉波特率發(fā)生器T1，避免在中斷發(fā)生時(shí)出現(xiàn)TO的中斷請(qǐng)求被T1中斷所屏蔽，影響數(shù)據(jù)信息的傳送，在定時(shí)中斷響應(yīng)的程序中再做相應(yīng)的處理。這部分的主要功能是實(shí)現(xiàn)示教盒與主機(jī)之間進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)傳送，并將主機(jī)采集到的操作機(jī)的位置信息顯示反饋給操作者。