工业机器人作为典型的机电一体化设备,广泛应用于工业自动化生产中,有效的降低了制造业相关企业的生产成本。目前,由于工业机器人成本较为昂贵,使得一些中小型企业继续采用人工生产,这降低了其在现代自动化浪潮中的竞争力,因此经济型机械臂便具有了一定的市场潜力,而一款经济性强且使用方便的工业机器人控制系统便是这些中小企业所需要的。故此,本文通过调研国内外工业机器人控制系统的发展现状,针对一款经济型六自由度机械臂完成了“3·3联动”控制器设计。首先,确定了“3·3联动”控制器的控制方法为对机械臂位置与姿态的联动控制(机械臂的腰、肩、肘关节负责位置,腕关节负责姿态);以PC+控制器为架构作为机械臂控制系统的核心部分,其中PC不仅向控制器发送控制指令和轨迹数据,也接收显示机械臂各关节电机的实时位置与速度,控制器负责对控制指令进行解析和实施;控制器采用USB接口与上位机通讯,这使得控制器可兼容多种类型PC且使用方便。其次,设计控制器的硬件结构为核心控制板+机械臂位置控制信号传输板+机械臂姿态控制信号传输板;采用STM32F407IET6芯片、CH340G芯片、AMS1117-3.3稳压器、TLP185高速光耦和AM26C32差分接收器分别完成了控制器的STM32核心控制模块、USB转串口模块、电源模块、信号隔离传输模块和信号转换接收模块的设计,其中STM32F407IET6性价比高,主频为168MHZ,满足控制器的精度、实时性以及经济性要求。高速光耦TLP185与差分接收器AM26C32应用于机械臂位置/姿态控制信号传输板,使得信号传输板在传输控制信号的同时也保护了核心控制板。然后,采用数字型增量式PID算法实现控制器对各关节电机的位置与速度的闭环控制;采用十六进制数据格式对控制器与PC上位机的控制指令协议和轨迹数据传输协议进行设计;利用STM32Cube MX软件、Keil5和C语言针对电机PID调参和机械臂轨迹运行功能进行程序设计,其中在机械臂轨迹运行功能中,采用基于ROS机器人系统得出的轨迹数据经角度换算后作为机械臂位置与姿态的控制数据,该数据通过PC上位机导入控制器,采用VS2008中的MFC结合基于Windows API的串口类进行PC上位机开发。最后,采用腰关节电机结合控制器进行PID调参功能测试,通过观测PID调参曲线可知本文设计的控制器控制精度高且控制稳定;采用三个电机结合控制器进行机械臂轨迹运行功能测试,在机械臂直线、圆弧轨迹下,通过对比PC上位机中电机位置曲线和ROS中的关节位置曲线,验证了控制器的“3·3联动”功能。