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0.引言

    示教盒是機器人控制系統的重要組成部分，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。利用機器人語言進行在線編程，實現程序回放，讓機器人執行程序要求的軌跡運動。本文利用單片機技術設計并實現了工業機器人的示教盒示教系統，為控制系統的順利進行提供了保證。                    

1.示教盒的硬件設計

    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。示教盒的硬件結構采用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，控制電路主要由控制鍵盤上的功能鍵和參數設定鍵組成．操縱者通過鍵盤輸入任何信息。如：功能選取、坐標轉換、各種運動指令等，來實現機器人的運動，記憶，停止和結束等功能；參數設定鍵用于設定示教時轉動軸的運動速度，實現對機器人運動速度、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控制和數據的緩沖器，其中它的雙向數據緩沖器可以連接內外總線，用于傳送和CPU芯片之間的命令或數據．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，同時產生中斷請求信號 O，由CPU完成相應的中斷處理過程。
    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，坐標位置信息，狀態信息。程序存放在只讀程序存儲器27128中，數據存放在數據存儲器6264中。示教盒與主機的通訊采用RS-232C標準串口進行通訊。

2．示教盒的軟件設計

2.1 軟件模塊結構圖

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、再現模式。在示教模式下主要完成對機器人的示教操作。可在關節坐標系和直角坐標系下示教，并可隨時進行兩種坐標空間的切換，示教模塊的輸出為規定機器人再現運動方式的指令文件和記錄示教點位置信息的位置文件；再現模式主要完成機器人的再現操作；進入工作模式后選擇任務號，機器人毋須人工干預自動工作。

2.2 顯示部分的軟件設計

操作者在通過示教盒操作機器人時，示教盒的顯示區應顯示相應的提示信息，供操作者參考。進行示教時，當按下某一坐標鍵后（不釋放），機器人末端執行器連續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坐標的位置數據。

2.3 鍵盤部分的軟件設計

   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，同時產生中斷請求信號IRO向CPU 申請中斷，CPU響應中斷后，在中斷服務程序寄存器中讀出鍵值，根據鍵值可以判斷哪一個鍵按下，同時將對應鍵的控制指令信息代碼通過串口傳送給主機，通過調用相應的程序來控制機器人的運動。

2.4 通訊軟件的設計

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