一种新型轻型机械臂示教软件架构设计

一种新型轻型机械臂示教软件架构设计

作者：王祺王堃张璇琛

来源：《软件导刊》2018年第02期

摘要：传统轻型六轴机械臂控制软件构架一般包括控制器、示教器、canopen通讯等部分。传统控制器是一个程序，机械臂动作參数设定时，一个动作信号需要一组控制器參数，大量的数据收发常常引发主线程与其它线程争夺资源而出现死锁，导致主线程不能继续往下执行，出现卡死。对此，使用Qt软件及C++语言，开发了一款新型六轴机械臂控制软件。采用TCP/IP通讯实现程序间通讯，多线程提高单个程序效率，以QTcpSocket类进行网络编程。通过控制轻型六轴机械臂运动实验，证明此控制软件有效、稳定，能解决界面卡死问题，具有良好的可扩展性与可移植性，界面友好，运行流畅。

关键词：TCP/IP通讯；图形界面卡死；QTcpSocket

DOIDOI：10.11907/rjdk.172360

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）002-0124-04

0 引言

图1是六轴轻型机械臂控制系统。控制软件安装在控制器里，示教器是控制器外的触屏。控制器和示教器连在一起是低配的平板电脑，运算和储存要求不高。PCAN又叫做PCAN-USB，是一个CAN转USB接口，通过它可以将CAN网络上的报文通过USB接口传输到PC 上，通过相关软件查看CAN报文。PCAN的另一端连接控制器CAN卡，CAN卡与六轴机械臂相连。使用Qt编写程序，语言为C++。

1 界面卡死原因

“界面卡死”是计算机系统由于过量的进程资源消耗，使图形界面进程受到影响的现象。控制程序较为复杂的指令有发送和接收报文、进行运动轨迹规划等。用户通过示教器的图形界面发出指令，在进行稍微复杂的处理时就会有延迟，使得界面（GUI）卡死。对此进行改进，将控制器的程序拆分为两个，如图2所示。一个程序是用户界面程序（GUI），称为RH-LBR，负责收集用户指令，另一个程序Communication_APP专门负责收集下位机发来的报文，以及通过GUI指令向下位机发送指令。这样耗时的处理都由Communication_APP来处理，用户交互界面RH-LBR不会被卡死。两个程序之间的通讯模式为TCP/IP。

2 建立TCP通讯

下面分别介绍RH_LBR和Communication_APP这两个程序里负责通讯的类。

CIRT_LBR_GUI类定义RH_LBR程序的GUI，有信号与槽函数和ControllerSocket类互通消息。ControllerSocket类定义TCP里的用户端类。Communication_APP程序里有TcpTransaction 类，主要定义TCP里的服务器端，见图3。

在RH_LBR程序的ControllerSocket类中，重要函数如下：①void ControllerSocket：：connectToController（）建立TCP连接；②void ControllerSocket：：readMessage（）接收Communication_APP这个程序发来的信息，会有对应的sendMessage函数在Communication_APP程序里；③void ControllerSocket：：writeBytes（const QString & Message）传输信息，使Communication_APP可以接收到信息。

在Communication_APP程序的TcpTransaction类中，重要函数有：①void TcpTransaction：：sessionOpened（）。TCP通信的网络配置槽函数；②void TcpTransaction：：readMessage（）。获取用户程序发送的全部报文，并解析后通过信号发送给子线程：HS_Interface；③void TcpTransaction：：sendMessage（const QString & Message）。通过本函数将需要发送ControllerSocket类的信息发送出去。

2.1 RH_LBR用户界面程序两个主要类

RH_LBR程序里有两个主要类：CIRT_LBR_GUI和ControllerSocket类。

在CIRT_LBR_GUI类中用信号与槽函数调用ControllerSocket类中的startTCPConnection （）函数，建立TCP连接。

void CIRT_LBR_GUI：：initTCPConnection（）

{

开始新建socket的线程和socket的对象

TCPConnectionThread=new QThread；

controllerSocket=new ControllerSocket；

controllerSocket->moveToThread（TCPConnectionThread）；

下一行代码表示用GUI界面的信号函数触发ControllerSocket类的TCP连接函数：

connect（this，SIGNAL（startTCPConnection（）），controllerSocket，SLOT （startTCPConnection（）））；

下一行代码表示ControllerSocket类的TCP连接结果反馈给GUI界面：

connect（controllerSocket，SIGNAL（socketConnectionResult（bool）），this，SLOT （getSocketConnectionResult（bool）））；

TCPConnectionThread->start（）；开始事件循环}

下面是ControllerSocket类中定义的一些参数和槽函数。

QString ControllerSocket：：hostName="127.0.0.1"；TCP主机名，不是实际的，可自行设定

int ControllerSocket：：portNo=30001；TCP端口名

QTcpSocket*socket；

QDataStream dataInputStream；

ControllerSocket：：ControllerSocket（QObject*parent）：QObject（parent）

{socket=new QTcpSocket（this）；新建socket

connect（socket，SIGNAL（connected（）），this，SLOT（onConnected（）））；

connect（socket，SIGNAL（disconnected（）），this，SLOT（onDisconnected（）））；

connect（socket，SIGNAL（readyRead（）），this，SLOT（readMessage（）））；读取socket发来的信息

}

void ControllerSocket：：startTCPConnection（）

{connectToController（）；}

void ControllerSocket：：connectToController（）

{socket->connectToHost（hostName，portNo）；

if（！socket->waitForConnected（））

{qDebug（）