一种实用的机器人控制器力/位混合控制技术

　　针对机器人主动柔顺控制在工程中如何实现的问题，开发了一种开放式机器人控制器。此控制器采用"PC+PMAC"的控制结构，利用伺服驱动器的两种不同的控制模式，提出了一种实用的力／位混合控制方案，给出了相应的硬件和软件的具体实现。实验表明，文章提出的力／位混合控制方法具有良好的稳定性和力控制精度。

　　1，引言

　　随着机器人在各个领域应用的日益广泛，许多场合要求机器人具有力控制的能力。例如，机器人的精密装配、修刮或工件表面磨削、抛光和擦洗等。在操作过程中要求保持其末端执行器与环境接触。完成这些作业任务，必须具备从自由空问到约束空问的对力的柔顺控制能力。

　　柔顺控制分为主动柔顺控制和被动柔顺性控制。被动柔顺控制由于其专业性强，成功率低等不足使应用范围受到限制。为了克服其不足，需要对机器人采用主动柔顺控制，即力控制。本系统采用基于PC总线的开放式机器人控制器，具体以PC+DSP运动控制卡的结构来构造特种机器人开放式的硬件平台，以满足机器人在完成接触性作业时力控制的需要。

　　2，力／位混合控制特种机器人的工作原理

　　针对特殊接触性作业，本系统中的机器人是平面三自由度操作手，整个操作手有一个移动副，两个转动副。适用于在回转壳体内或外壁表面卜完成某些接触性作业，如在壳体内完成清理污垢或打磨表面等。其中，整个操作手由三个伺服电机驱动，回转壳体由一个伺服电机驱动，共四个伺服电机。

　　3，开放式机器人控制器的构成

　　3．1 开放式机器人控制器的实现模式

　　控制系统以：I：业控制计算机（IPC）为上位机，以插接在IPC主板ISA扩展槽内的DSP控制卡为系统的控制核心。此种IPC+PMAC双CPU的控制模式具有实现方便、功能强大、可靠性高等特点，是一种开放式的控制系统。整个控制器采用了模块化的体系结构，工业PC机处理非实时的部分，实时的运动控制由DSP运动控制卡来承担。

　　控制系统采用的DSP运动控制器为Delta Tan公司的I型PMAC八轴运动控制卡。PMAC从硬件和软件上都体现了优秀的开放性能和强大的运动控制能力。PMAC卡较一般运动控制器有很强的处理能力、轨迹特性和输入带宽，并且有较强的灵活性，能适用于多总线结构（PC、STD、VME）。

　　其具体的功能包括：多轴插补计算、用户辅助PLC编程以及模拟量数据采集处理。本系统中PMAC控制卡的硬件核心为Mo．tomla的DSP56003数字信号处理芯片，伺服周期单轴为55Vs，可接收来自测速发电机、光电编码盘、光栅、旋转变压器的多种反馈信号，能与多种伺服电机兼容。PMAC控制卡的优良特性为实现专用机器人力控制提供了良好的硬件平台。

　　图1机器人操作手工作原理图

　　1．大臂2．小臂3．执行机构（可绕X轴旋转）4．不规则的内壁表面5．回转壳体

　　本系统应用的I型PMAC，有j1一J8不同功能的外部接口，可控制1～8轴。本系统中用到了四个接口，J3（多路拨码开关I／0）一与ACC一34AA（PMAC的附件）连接；J5（通用数字输入和输出）一控制光耦和中间继电器；J7（模拟输出5—8轴）一控制执行机构和驱动回转壳体；J8（模拟输出1—4轴）一控制大臂和小臂电机。

　　3．2 胶片粘贴机器人的硬件平台

　　本系统采用工控机IPC、PMAC I型8轴运动控制卡、双端口RAM（DPRAM）、I／O扩展板ACC一34AA、松下、安川伺服电机及驱动器共四套，用于它们之间控制的接口连接板一块。其控制系统构成图2所示，本系统自行开发的接口连接板如图3所示。

　　在控制系统中，用到了PMAC的两个附件：

　　①DPRAM（Dual port RAM）：双端口RAM

　　②ACC一34AA：多路I／O驱动板

　　其中，DPRAM作为PMAC的附件，是IPC和PMAC之间的通讯桥梁。DPRAM为主机和PMAC之间可以共享高速内存区，通过DPRAM，1PC与PMAC之问可以方便地进行无握手数据交换。DPRAM在主机（IPC）和PMAC之间有地址映射，用这个地址映射匹配两边的内存地II：、DPRAM对数据实时性的保证，提高了控制系统的灵敏性，使操作手实施主动柔顺控制时力误差减少，力控制精度大大增加。DPRAM与IPC、PMAC的关系见图4。

　　图3接线连接板外形图

　　图4 DPRAM连接简图

　　ACC一34AA也是PMAC的附件之一，可以提供64个光隔离的分立I／（）点，以32位字分组，有32个输入点和32个输出点。输入点可以接收外部输入控制信号，以便卜位控制器（PMAC）作出决策。比如，在本系统中接受控制面板l：的输入控制信号。

　　图5 ACC一34AA基本功能图

　　输出点可以接继电元件，最终控制外围设备的起停。ACC一34AA的基本功能如图5所示。

PMAC运行后臼PIc程序，通过