基于ZigBee的机器人远程控制系统设计

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电子电路设计与方案
随着工业4.0的到来，机器人被广泛应用到各种领域，
在工作环境比较恶劣的情况下采用机器人代替人去工作，例如焊机机器人能够在高温、高热环境下持续工作。

物联网技术的发展使得工业机器人控制由现场控制演变为远程控制得以实现。

四自由度工业机器人被广泛应用分拣、码垛
等领域。

目前工业机器人远程监控多采用以太网通信方式，但该通信方式需要布设相关的专用线路，造成建造成本高和灵活性不高。

本系统提出采用ZigBee 作为通信方式，将上位机控制系统与机器人联系起来。

ZigBee 作为一种强大组网、低功耗无线通信方式。

本机器人控制系统利用ZigBee 作为通信媒介，采用Z-Stack 组网方式，上位机能够
同时监控多台机器人，能够有效
提高工作效率，降低建造成本[1]。

1.机器人远程控制系统总体设计
基于ZigBee 机器人远程控制系统利用ZigBee 作为通
信媒介，上位机利用PC 作为控制平台，通过串口方式与ZigBee 协调器连接，下位机机器人通过串口与ZigBee 终
端连接。

ZigBee 协调器与终端通过Z-Stack 组网方式进行
通信。

控制系统上位机通过ZigBee 可以同时控制多个机器
人的动作[2]。

系统总体结构框图如图1所示。

图1 系统总体结构框图
2.远程控制系统的硬件电路设计
■■2.1■ZigBee 控制核心模块设计
本控制系统采用TI 公司的CC2530微处理器作为
ZigBee 通信主控器。

CC2530内部包含2.4GHz IEEE
802.15.4无线射频收发器，2个串行UART 接口，32KB 可
编程闪存和8KB SRAM。

CC2530具有低功耗、无线组网功能。

ZigBee 无线通信模块与PC 端上位机通过串口进行通信。

下位机机器人与ZigBee 通信方式通过串口进行连接。

ZigBee 通信模块部分电路如图2所示。

■■2.2■四自由度机器人
本控制系统的四自由度机器人轴数为4轴，轴1的转动
范围为-120°~+120°，轴2的转动范围为-10°~+105°，轴3的转动范围为0°~+105°，轴4的转动范围为-100°~+100°。

机器人由伺服电机驱动，控制模块输出控制信号控制伺服电机转动，ZigBee 模块通过串口与机器人的控制器通信。

四
自由度机器人结构图如图3所示。

3.机器人远程控制系统软件设计
■■3.1■软件编程设计思路
机器人远程控制系统上位机PC 端与下位机机器人通信
通过ZigBee 无线组网通信实现。

上位机PC 端将命令通过
串口发送到ZigBee 模块上，ZigBee 模块通过无线通信方
基于ZigBee 的机器人远程控制系统设计
作者/陈鑫洋、李水明、邵长春，广西柳州铁道职业技术学院
基金项目： 2016年度广西高校中青年教师基础能力提升项目（KY2016YB760）、2017年度广西高校中青年教师基础能力提升项目（2017KY1249）
摘要：针对4自由度机器人远程控制问题，提出了利用ZigBee技术作为通信媒介，设计了一个远程机器人控制系统，ZigBee的终端节点通过串口与机器人连接，上位机PC控制平台通过串口与ZigBee协调器通信，通过Z-Stack方式组网实现低成本、高效率的远程控制系统。

关键词：机器人；ZigBee；控制
图2 ZigBee 通信模块部分电路
10 | 电子制作 2017年12月
令传送到机器人控制器上，机器人执行相应的命令。

图3 四自由度机器人结构图
■■3.2■软件设计流程图
本控制系统的ZigBee 无线通信组网通过Z-Stack 方式
实现。

Z-Stack 是TI 公司针对ZigBee 无线通信开发的轮循查询式操作系统。

本控制系统的Z-Stack 协议栈采用星形网络组网方式，该网络通过协调器与终端设备进行通信，不需要路由设备，降低了对数据存储的需求，具有低功耗、
低成本等特点。

机器人远程控制系统程序设计流程图如图4所示。

WPF 技术
30m，本远程机器人控制系统通过利用ZigBee 无线通信技术，
能够低成本、高效率实现对四自由度机器人进行控制。

参考文献
＊ [1]杨玮,吕科等.基于ZigBee 技术的温室无线智能控制终端开
发[J].农业工程学报,2010(26).
＊ [2]张玲等.Internet 和ZigBee 在机器人远程控制中的应用[J].中国海洋大学学报,2010(8). 图4 机器人远程控制系统程序设计流程图。