崔旭东等：面向六关节机器人的位置域控制 247· 因此，本文采用LinuxCNC数控系统作为多关 算法可以在LinuxCNC中的硬件抽象层中，以 节机器人位置域PD控制算法实现的软件平台 HAL组件的方式予以实现，由此设计出如图2所 2.1位置域控制软件系统总体方案 示的基于LinuxCNC系统的位置域PD控制系统总 经过上述分析，本文所提出的位置域PD控制 体方案2-2 Graphical user interface NML EMCTASK RS-274 NGC Sequential logic interpreter Shared memory buffer Cartesian Movement Status EMCMOT position instruction Trajectory planning Forward Inverse Limit&home kinematics kinematics status ------ Axis 1 Interpolator Axis M(N=2,3,4) PD servo Unit convert Unit convert Location domain PD Hardware abstraction layer control module Encoder counte A/D converter Limit switches Encoder Electric Realtime hardware devices machinery 图2基于LinuxCNC系统的位置域PD控制系统总体方案 Fig.2 Overall scheme of the PD control system based on the LinuxCNC system in position domain 由图2所示整个控制系统的控制流程如下： (3)将处理后的NML轨迹控制命令发送到用 (1)用户首先向图形用户界面输入轨迹运动 户态与内核态的共享内存，由此传输至运行于内 命令（或轨迹运动的文件），将运动指令通过NML 核实时环境中的运动控制器(EMCMOT); 通信机制传输至任务执行模块(EMCTASK); (4)EMCMOT主控程序是实时线程，周期性执 (2)EMCTASK主控模块周期性地调用RS-274NGC 行笛卡尔坐标系下的运动插补程序及运动学逆 解释器，对类似于G代码的机器人轨迹运动代码 解，并将各个关节伺服电机的运动指令，通过Ether 进行解析，并将转换后的操作命令进行后续处理： CAT总线，发往各个伺服驱动器.主控程序从共享因此，本文采用 LinuxCNC 数控系统作为多关 节机器人位置域 PD 控制算法实现的软件平台. 2.1    位置域控制软件系统总体方案 经过上述分析，本文所提出的位置域 PD 控制 算法可以 在 LinuxCNC 中的硬件抽象层中 ， 以 HAL 组件的方式予以实现，由此设计出如图 2 所 示的基于 LinuxCNC 系统的位置域 PD 控制系统总 体方案[22−25] . Graphical user interface EMCTASK Sequential logic Shared memory buffer Cartesian position Movement instruction Status Trajectory planning Forward kinematics Inverse kinematics Interpolator EMCMOT + − PD servo Unit convert Unit convert Hardware abstraction layer Realtime hardware devices Encoder counter Limit switches Encoder Electric machinery NML RS-274 NGC interpreter Limit&home status Axis 1 Location domain PD control module A/D converter Axis N(N=2, 3, 4) 图 2    基于 LinuxCNC 系统的位置域 PD 控制系统总体方案 Fig.2    Overall scheme of the PD control system based on the LinuxCNC system in position domain 由图 2 所示整个控制系统的控制流程如下： （1）用户首先向图形用户界面输入轨迹运动 命令（或轨迹运动的文件），将运动指令通过 NML 通信机制传输至任务执行模块（EMCTASK）； （2）EMCTASK主控模块周期性地调用RS-274NGC 解释器，对类似于 G 代码的机器人轨迹运动代码 进行解析，并将转换后的操作命令进行后续处理； （3）将处理后的 NML 轨迹控制命令发送到用 户态与内核态的共享内存，由此传输至运行于内 核实时环境中的运动控制器（EMCMOT）； （4）EMCMOT 主控程序是实时线程，周期性执 行笛卡尔坐标系下的运动插补程序及运动学逆 解，并将各个关节伺服电机的运动指令，通过 Ether CAT 总线，发往各个伺服驱动器. 主控程序从共享 崔旭东等： 面向六关节机器人的位置域控制 · 247 ·