文档介绍：工业机器人嵌入式实时操纵系统
1 操纵系统结构
工业机器人操纵系统是一个多任务并行并具有很高实时性的系统。当
前主流操纵系统大致分为两种结构［10］。一是多处理器主从式的操
纵系统。主机一般为 IPC，使用 设来输出输入相对应的信
号。对用户代码，即软件结构的分析将在下一节实行。这样，系统软
硬件架构都是具有模块化和开放性特征，便于修改和升级。
2 操纵系统软件结构在实时操作系统中，需要把要完成的工作分为多个任务来实现。每个
任务负责其中一部分工作，由 μ C/OS-III 负责多任务的治理。每个任
务都调用 μ C/OS-III 的 APIOSTaskCreate()来创建。创建一个任务时，
系统为每个任务分配了一个任务操纵块(TCB)、一个堆栈、一个优先级
和其他一些重要参数。任务一般设计为无限循环类型任务，每个任务
必须调用 μ C/OS-III 的服务函数，使该任务进入等待某个事件的状态。
机器人系统需要有中断处理，每个中断服务程序都按照 μ C/OS-III 中
中断函数实行定义。各个任务和中断服务程序间通过系统信号量
OS_SEM 和消息队列 OS_Q 等实行通信。利用实时操作系统的任务调度来
实现任务的合理分配，满足系统硬实时性要求和多任务并行的要求。
机器人操纵系统会有很多中断请求，比如 USAＲT 接收到数据、以太网
操纵器接收到数据帧、ADC 转换器完成传感器信号转换等，这些外设会
向系统请求中断，系统会在极短的时间内挂起当前运行的任务，进入
中断服务程序。每个中断服务程序将给不同的任务公布信息，使等待
该中断的任务进入运行态。整个操纵系统软件是采纳模块化的编写，
用户能够很方便增减模块，修改软件功能。整个操纵系统的软件结构
如图 2 所示，每个矩形框代表一个模块。本文的操纵系统软件是用一
台四轴工业机器人的具体应用作为示范。由上图可知，软件在运行时，
每个系统周期触发一次系统节拍中断，系统中断将使能系统状态监控、
系统状态显示和增量编码器信号处理等任务。通信中断服务负责接收
由示教器或者远程主机下发的数据帧，并交给任务定义代码实行数据
帧的解析，从而得知用户希望机器人操纵器实行的任务，如系统初始
化、系统参数设置、原点复位、数据记录、手动示教和自动码垛等。
轨迹规划任务负责对码垛机器人在抓取点和码垛点之间的运动轨迹实
行规划，规划好的轨迹会发送给伺服操纵任务，伺服操纵任务负责四
轴电机的闭环操纵，使电机精确跟随规划好的轨迹实行运动。外部中
断服务主要是响应数字输入口的信号变化，外部中断服务将触发报警
任务、模式切换任务等。每个任务模块根据重要性不同分配不同的优
先级。例如系统状态显示任务不需要极大的实时性，给予其较低的优
先级;伺服操纵任务是极其重要的任务，决定了机器人的运动速度和精
度，给予其较高的优先级。机器人系统运行时出错必须急停，所以报警急停任务使用最高优先级。对于其他用途的工业机器人，系统软件
结构与本文结构并无太大差别，用户自行增减任务和修改算法便可实
现对不同机器人的操纵。
3 系统实时