多关节机器人在工业上得到了广泛的应用并将继续被应用于更多行业,以代替人来做负重、危险和重复的工作。经过多年的发展,机器人控制系统正在向开放化、网络化、智能化和小型化发展。本文所述的研究工作主要是一种适用于多关节机器人的开放式、结构紧凑、易于使用和低成本的多关节机器人控制系统的设计和实现。具体如下。首先,分析了多关节机器人控制系统的现状和发展趋势,确定了以嵌入式器件DSP、FPGA和ARM为核心的架构,以四关节机器人为例,建立了其D-H模型,分析了机器人正向和逆向运动学求解过程。然后完成了多关节机器人综合控制器的硬软件系统。根据系统要求确定各个模块的核心芯片型号,并设计了核心芯片电路和外围电路。各模块之间通信采用串行接口,与外部通过网络接口进行通信。软件包括运动控制和人机交互两个部分。其中运动控制程序利用C语言编写,实现了运动学计算和逻辑控制,具体包括示教程序解释、参数设置、三维空间直线和圆弧插补,加减速控制等功能。在ARM平台上编写了的LCD触摸屏的人机界面,实现了机器人状态显示和示教编程功能。此外,针对传统示教方法的不足提出了一种利用智能手机以直观交互方式进行示教的方法。编写了基于Android平台的应用程序,通过手势和语音等自然交互方式,实现了更加直观的示教编程方法,简化了机器人的示教编程过程,增加了控制系统的易用性。最后,针对一台四关节SCARA机器人搭建了实验平台,对机器人综合控制器在平台上的应用进行了调试和实验。阐述了控制过程和通过直观人机交互进行的示教的过程。介绍了机器人单关节运动控制、机器人末端点位控制,机器人末端空间规则曲线运动控制实验实例。并演示了利用直观交互方式的示教方法进行机器人示教编程的实验过程和结果。