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　　運動控制器是指以中央邏輯控制單元為核心，以傳感器為信號敏感元件，以電機/動力裝置和執行單元為控制對象的一種控制裝置。它的主要任務是根據作業的要求和傳感器件的信號進行必要的邏輯/數學運算，為電機或其它動力和執行裝置提供正確的控制信號。運動控制器的軸數一般指它所能控制獨立運動的數目，在大多數情況下等于所能控制電機運動軸的數目。我們把所能控制電機運動軸的數目大于1的運動控制器，稱為多軸運動控制器。

　　機器人控制系統是一種典型的多軸實時運動控制系統。傳統的機器人控制系統采用的是專用的計算機加多單片機-多控制回路的封閉式體系結構。這種結構的控制器在高速、高精度和多軸同步運動控制等方面存在技術瓶頸。此外還存在制造和使用成本高，開發周期長，升級換代困難，無法添加系統的新功能等一系列缺點，這在一定程度上限制了機器人的應用范圍。

　　本文介紹一種基于國產MCT8000運動控制卡的開放式結構機器人控制系統。這種機器人控制系統的重要特點在于它采用通用個人計算機加DSP（Digital Signal Processor）-多控制回路的開放式體系結構以及它的網絡控制特性。以下對這一系統作簡要介紹。  

　　1 控制系統總體設計

　　如上節所述，機器人控制系統是一種典型的多軸實時運動控制系統。采用國產MCT8000／2－8軸運動控制器及其控制軟件可以高效構造出新一代高速、高精度開放式結構機器人控制系統。

　　 MCT8000運動控制器是由深圳市摩信科技有限公司開發的新一代開放式結構2-8軸運動控制器系列產品。該控制器的CPU采用美國TI公司的TMS320C31 40MHz DSP，支持ISA、PCI標準總線或USB高速接口與主控機連接。主控機與控制器之間通過雙向高速FIFO進行通訊，可提供2－8軸的高速，高精度的伺服控制。主控機可選用通用的PC系列微機。和傳統的運動控制器產品相比，MCT8000系列產品具有開放式結構，高速、高精度，網際在線控制，多軸同步控制等功能特點。

　　 MCT8000提供的軟件包括：運動控制卡的BIOS函數庫（用戶可直接操作MCT8000的所有I/O）、基本運動函數庫（1~3維的運動插補和運動控制函數）、擴展運動函數庫（機器人運動學模型和智能PLC代碼翻譯器等）和網際在線控制器（基于TCP/IP的點對點安全通訊協議）。利用MCT8000提供的軟件系統和圖形化的開發平臺，可大大地縮短機器人控制系統的開發周期。

　　 由MCT8000運動控制卡構成機器人控制器的系統組成如圖1所示。本系統采用PC總線的工業計算機作為硬件平臺，處理機器人控制中的非實時任務，實時任務由MCT8000運動控制卡處理。運動控制卡控制的伺服電機驅動機器人的各個關節(可同時控制8個關節)，使機器人按預定的軌跡運動。
 
　　2 控制系統軟件結構

　　本機器人控制系統的操作平臺采用JAVA語言開發，具有專業化視窗圖形界面和優良的網絡在線控制特性。用戶只需借用視窗控件對控制系統進行簡單的配置（如選擇機器人的運動學模型、設定機器人的結構參數等），即可控制不同類型的機器人。用戶還可以在本控制系統的基礎上，進行二次開發，加入自己的功能模塊，如各種高級的控制算法、機器人的運動學、動力學模型、機器人視覺系統等，形成具有用戶特色的機器人控制器。

　　圖2為我們研制的機器人控制系統的軟件結構。它主要由控制器的人機界面、運動控制和邏輯控制以及DSP主控程序等模塊組成。

　　2.1 控制器人機界面

　　利用MCT8000的運動控制開發平臺，用戶在Windows環境下可完成下列非實時任務：系統結構參數的設置；在線調整系統的可控參數(如PID參數的自整定)；系統動態響應分析和機器人運動軌跡的顯示；系統運行模式選擇（手動/自動、示教或網絡遠程控制）和常規操作（啟動、文件處理和緊急停機等）。用戶可在開發平臺提供的C環境和程序模板下，針對特定的作業要求，編寫機器人運動控制程序，并對其編譯、連接和執行。應用MCT8000的網際控制軟件包，可通過英特網或局域網對機器人實現遠程控制。

　　2.2 運動控制和邏輯控制（PLC）模塊

    本模塊處理機器人控制器的實時任務，由MCT8000運動控制卡完成。

    運動控制的主要功能，是控制機器人各關節按預定軌跡運動，完成相關作業。主要包括：軌跡規劃、機器人正向、逆向運動學模型、插補器和PID調節器等模塊。而邏輯控制（PLC）模塊用于控制機器人系統的開關量。

　　2.3 DSP主控程序

    MCT8000運動控制卡的運行機制，是按預先設定的中斷時間周期地執行各種運動控制指令。DSP主控程序在前臺監控運動控制程序的運行狀態，在后臺響應用戶的實時控制命令，控制底層控制環節的正常運行。

 圖2 摩信機器人控制系統的軟件結構

　　3 應用實例

    圖3是應用本控制器對日本SONY公司所產SCARA機器人進行網際遠程控制的實例。使用摩信機器人控制器控制日本SONY公司所產SCARA機器人，不但可以達到原機器人控制器的控制效果，而且可以從速度，精度，環境感知能力以及網絡控制特性多方面改善原機器人的特性。實驗表明，應用國產MCT8000運動控制器可以方便地構造新一代高性能機器人控制器，特別對于實施一些高精尖的機器人工程項目，具有事半功倍的效果。

圖3 摩信SCARA機器人控制器的網際操作界面 

　　4 結論

　　采用國產MCT8000 系列新一代多軸運動控制器構造機器人控制系統可以從根本上解決傳統機器人控制系統在高速、高精度和多軸同步運動控制等方面存在的技術瓶頸。同時還可以輕松地給機器人增加外部傳感器和網際控制功能。它代表了新一代機器人控制器的發展方向，也為解決一些高難度機器人工程項目提供軟硬件技術支撐。