１、概述
ＭＯＴＯＭＡＮ系列机器人作为世界上知名的工业机器人，已被广泛地应用于各行各业中。其快速准确的动作、方便灵活的操作、丰富强大的功能、稳定可靠的品质，赢得了用户的好评。最近，首钢莫托曼机器人公司又推出了ＭＯＴＯＭＡＮ家族的新成员——教学科研用机器人ＲＴＬａｂ。 在科研、教学等领域，多年来一直期望有一款具有开放性控制系统并具有高可靠性的机器人，尤其是大专院校，经常会有这样的需求。ＲＴＬａｂ机器人正是满足这种要求的一款全新的机器人。该机器人的控制器使用ＰＣ机为平台，其全开放的控制软硬件系统，可以方便地用于机器人控制技术研究、开发工作，使用者能够在此平台上开 发研究自己的控制算法，也可
性，还可进行实机验证；对机
器人应用技术的研究者，该机
器人提供了很好的软件控制接
口，可以实现各种实时的插补
级别的运动控制与补偿，实现
灵活的动作规划与控制。ＲＴＬａｂ
与其他研究型机器人的共同特点
是，可以配备具有工业应用级
别可靠性与运动精度的机器人本
体，可以将开发成果真实地应
引文翻译用于生产实际中。
２、ＲＴＬａｂ的特点
ＲＴＬａｂ由６自由度垂直多关
节的机器人本体、机器人本体
驱动用的伺服放大单元、用于
从ＰＣ控制伺服放大单元的接口
基板组成。
控制软件包括有基本的轨
迹（ＣＰ）控制和位置（ＰＴＰ）
控制的标准系统程序，这个标 首钢莫托曼机器人有限公司
o曾孔庚
开放式新型科研教学机器人——ＭＯＴＯＭＡＮ ＲＴＬａｂ
准程序的源程序完全开放，用户可以在此基础上展开自己的研究工作。ＲＴＬａｂ具有以下特点：２．１ 系统构筑简易
ＲＴＬａｂ由机器人、伺服单元和接口基板构成了一个功能包（图１）。用户已有的ＰＣ机只要有一个ＰＣＩ插槽，就可以很容易地与ＲＴＬａｂ功能包构成一个机器人单元。
２．２ 可以直接由力矩指令进行机器人控制
ＲＴ Ｌａｂ的控制程序采用向伺服驱动器直接发送力矩命令的方式。因此，验证用户可以将利用上位控制算法进行位置控制的程序方便地组合进去。
２．３ 附带样板系统程序和ＡＰＩ源程序
可以很方便地验证由用户追加在源程序中的控制运算程序。
２．４ 安全性女同性恋
由看门狗记时器进行的力矩指令更新监视，如果正在验证中的程序不管因为什么原因停止运行，整个机器人也立刻停止动作。
２．５ 扩展性
通过增设接口基板，可以进行多台机器人的控制。此外，还可通过与配有高性能ＣＰＵ的ＰＣ机的通讯，在用户现场得到更高的系统性能。
３、硬件构成
如前所述，ＲＴＬａｂ的硬件由
接口基板、伺服驱动单元和机
器人本体构成。下面对各部分进
行说明。
黎元江３．１ 接口基板
接口基板是与驱动单元进行
信号传送的硬件单元，该基板采
用ＰＣＩ总线通信，具有３个功能：
ａ． 对应于编码器的计数器
功能
ｂ． 模拟信号输出功能
ｃ． 数字信号输入输出功能
３．１．１ 对应于编码器的计数
器功能
机器人本体中安装有驱动
关节的交流伺服电机，本功能
就是对从交流伺服电机的绝对
位置编码器传来的脉冲进行记
数的功能。根据此信号，随时计
算出机器人各关节的角度。利
用此绝对位置编码器的信息，
可以在系统上随时计算出机器
人的初始位置。此外，还具有
从编码器出来的信号线的断线
检查功能，在计数器数值读入
时，可以进行确认。
３．１．２ 模拟信号输出功能
这是将伺服驱动单元中的
力矩或者速度指令以模拟信号的
方式给出的功能。使用的Ｄ／Ａ转
换模块，分辨率为１２位，输出范
围位±１０Ｖ。
３．１．３ 数字信号输入输出功能
伺服单元中，伺服电源投入
信号、报警信号等的输出、读入
等。输入采用光偶隔离，输出位
晶体管输出
３．２ 伺服驱动单元
伺服单元由驱动伺服电机
的伺服驱动器、伺服驱动器的电
源投入顺序控制逻辑、抱闸释放
回路、报警信号和外部急停信号
处理继电器回路等组成。伺服单
元的主要参数表１：
表１ 伺服单元主要规格
图２为伺服单元外形图（上部为电机面板）
３．３ 机器人本体
ＲＴＬａｂ机器人为了便于研究，选用了ＭＯＴＯＭＡＮ ＵＰ－Ｊ型号的机器人。机器人外观如图３，主要指标见表２。
３．４ 电机面板
在机器人控制运算还没有得
到一个解的初期阶段，为了进行机器人的控制，存在着很大的危险。为此，作为ＲＴＬａｂ的选项单元，准备了电机面板。电机面板安装有与机器人一样的伺服电机，在电机的输出轴上，装有圆盘，可以通过目视观察电机的运转情况。电机面板与机器人采用同样的接头，可以很便利地与机器人之间置换。
４、软件构成
ＲＴＬａｂ的软件，采用ＲＴＬｉｎｕｘ
作为实时操作系统，由进行实时控制的样板系统程序，以及从用户应用程序可利用样板系统程序ＲＴＬａｂ ＡＰＩ构成。
样板系统程序以及ＲＴＬａｂＡＰＩ的源程序全部公开，可以替换成用户自己开发的控制运算程序，或者对其进行增加与修改。此外，还可用来作为向ＲＴＬｉｎｕｘ
图２ 伺服单元
以外的操作系统移植的参考。
４．１ ＲＴＬｉｎｕｘ
ＲＴＬｉｎｕｘ 是通用操作系统Ｌｉｎｕｘ 中扩展了支持硬件实时功能的软件包。ＲＴＬｉｎｕｘ由作为内核空间的模块实时组件和作为用户空间应用程序的非实时组件构成。两者可以通过ＦＩＦＯ或者共有的内存进行通信。 ＲＴＬａｂ中，样板系统程序作为实时组件安装在内，ＲＴＬａｂ ＡＰＩ则利用ＦＩＦＯ将用户应用程序和样板系统程序连接起来。
４．２ 样板系统程序
样板系统程序是ＲＴＬｉｎｕｘ应用程序的实时组件，由通过ＦＩＦＯ与ＲＴＬａｂ ＡＰＩ进行通信的模块和进行机器人的基本控制的轨迹控制、位置控制的模块构成。这些模块由ＲＴＬａｂ的ＲｔｌＯｐｅｎ函数调
用组成内核空间后，成为从
图３ ＵＰ－Ｊ机器人本体
ＲＴＬａｂ ＡＰＩ来的命令等待状态。
４．２．１ 通信模块
通信模块通过ＦＩＦＯ进行用户空间的ＲＴＬａｂ ＡＰＩ与内核空间的轨迹控制模块之间的通信。
４．２．２ 轨迹控制模块
轨迹控制模块计算由ＲＴＬａｂ ＡＰＩ的移动ＡＰＩ给出的目标位置的轨迹，再计算出给到位置控制模块的位置指令。此模块的控制周期是１０ｍｓ。
４．２．３ 位置控制模块
位置控制模块由轨迹控制模块给出的位置命令和通过接口基板来的机器人本体位置反馈信息计算出的力矩指令组成，再将其输出到伺服驱动单元。这个模块的控制周期是０．５ｍｓ。
４．３ ＲＴＬａｂ ＡＰＩ
ＲＴ Ｌａｂ ＡＰＩ被用户应用程序调用，是通过ＦＩＦＯ和样板系
统程序进行通信，向样板系统
程序发布命令、取得状态信息
的库函数。ＡＰＩ提供的功能分为
系统控制、移动、坐标变换、
数字信号输出等。
４．３．１ 系统控制用ＡＰＩ
系统初始化及结束处理的
ＡＰＩ。如上所述，ＲｔｌＯｐｅｎ进行样
板系统程序内核空间的构建。
４．３．２ 移动用ＡＰＩ
移动机器人本体的工具坐标科目三智能考试系统
时域分析的ＡＰＩ。作为移动控制，可以进行
向目标值前进的不指定轨迹的
ＰＴＰ控制和沿直线移动的ＣＰ控制。
４．３．３ 坐标变换ＡＰＩ
机器人本体的工具坐标的位
置、姿势和机器人关节角之间进
行变换的ＡＰＩ。在机器人的手腕
坐标处，可以定义任意的工具
坐标。因此，可以进行手腕前
部安装的搬运手爪的坐标变换。
４．３．４ 数字信号输入输出用ＡＰＩ地球破洞
控制通用数字信号输出输
出基板的ＡＰＩ，备有将输出的信
号进行逻辑运算，得到的结果作
为新结果来输出的函数。
５、实际应用情况
ＲＴＬａｂ已经被用于大学的机器
人技术教学与科研中，为学校的
机器人控制技术的科研与教学提
供了很好的实验验证环境。还被
科研机构用来进行各种实时、智
能的运动控制，并且可以将外部
的传感信号很好地结合于动作控
制中，取得了理想的控制效果。特
别是所采用的ＭＯＴＯＭＡＮ ＵＰ－Ｊ机器
人具有很好的动作精度和系统稳
定性，得到相关科研人员的好评。
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