0.引言

    示教盒是機器人控制系統(tǒng)的重要組成部分，操作者通過示教盒進行手動示教，控制機器人達到不同位姿，并記錄各個位姿點坐標(biāo)。利用機器人語言進行在線編程，實現(xiàn)程序回放，讓機器人執(zhí)行程序要求的軌跡運動。本文利用單片機技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了工業(yè)機器人的示教盒示教系統(tǒng)，為控制系統(tǒng)的順利進行提供了保證。                    

1.示教盒的硬件設(shè)計

    示教盒的硬件電路如圖1所示。示教盒是機器人和操作者人機交互的工具，類似于PC機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、各種運動指令等，來實現(xiàn)機器人的運動，記憶，停止和結(jié)束等功能；參數(shù)設(shè)定鍵用于設(shè)定示教時轉(zhuǎn)動軸的運動速度，實現(xiàn)對機器人運動速度、運動方式及示教點位置信息的控制和存儲，選用8279為鍵盤控制芯片，此芯片除有自動去抖和采用雙鍵互鎖處理重鍵的錯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，8279自動識別鍵號，并送人FIFO棧中存放，同時產(chǎn)生中斷請求信號 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，同時還具有壽命長、無輻射等優(yōu)點，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器27128中，數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)存儲器6264中。示教盒與主機的通訊采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串口進行通訊。

2．示教盒的軟件設(shè)計

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。示教盒開機上電以后，進行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機器人的示教操作。可在關(guān)節(jié)坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系下示教，并可隨時進行兩種坐標(biāo)空間的切換，示教模塊的輸出為規(guī)定機器人再現(xiàn)運動方式的指令文件和記錄示教點位置信息的位置文件；再現(xiàn)模式主要完成機器人的再現(xiàn)操作；進入工作模式后選擇任務(wù)號，機器人毋須人工干預(yù)自動工作。

2.2 顯示部分的軟件設(shè)計

操作者在通過示教盒操作機器人時，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。進行示教時，當(dāng)按下某一坐標(biāo)鍵后（不釋放），機器人末端執(zhí)行器連續(xù)運動到所需的位置后，再釋放該鍵，機器人停止運動。在這整個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

   示教盒上電后，先對8279進行初始化。并且操作時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，8279就會自動識別鍵號，并送人FIF0棧中存放，同時產(chǎn)生中斷請求信號IRO向CPU 申請中斷，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鍵按下，同時將對應(yīng)鍵的控制指令信息代碼通過串口傳送給主機，通過調(diào)用相應(yīng)的程序來控制機器人的運動。

2.4 通訊軟件的設(shè)計

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