随着机器人和人工智能技术的快速发展,工业机器人也得到了迅速的发展,人们对其交互方式的多样性需求也日益增加,而人机交互界面是工业机器人交互领域的重要研究内容。传统的交互界面存在开发周期长、界面组件较少、不支持跨平台开发和没有统一的规范等缺点,而基于Qt的界面库可以实现更加快速的跨平台任务开发,弥补以往的不足。机器人操作系统（Robot Operating System,ROS）具有分布式的开源软件架构,能够将不能功能的模块抽象为节点,解决了各个模块之间的并行通信问题,受到众多学者和开发者的关注与研究。本文将使用ROS来设计机械臂的控制系统,它能够将轨迹数据完整的发送给基于Qt设计的人机界面中,并通过将数据发送给关节电机驱动器中,进而实现对机械臂的位姿控制。本文搭建了七自由度机械臂人机交互界面控制平台,该平台采用低耦合架构的分层控制理念,其中包括以Qt应用程序为核心的应用层、以ROS机器人操作系统为核心的信息决策层和以关节电机运动控制为核心的嵌入式底层。主要研究内容如下:首先,确定了机械臂控制系统硬件平台的具体方案。根据关节电机的集成特性和项目开发周期,选择合适的关机电机驱动板和与之配套的开源电机控制算法;考虑到需要在控制面板上需要运行Qt界面程序,所选用的So C为支持Cortex-A8内核的S5PV210开发板,从而满足性能需求;硬件平台之间通信时的容错率应该较低,可以选用Mod Bus RTU协议来传输关节轨迹数据;其次,设计了硬件平台的底层软件,实现了对底层软件的简化和定制。本文通过移植UBOOT和创建文件系统来搭建硬件平台所需要的底层软件运行环境,并分析了S5PV210的启动流程,实现了UBOOT和Linux内核在So C开发板上的稳定运行,为后续应用层软件的开发打下了基础;再次,设计了基于分层和模块化方式的人机交互界面。本文在Qt Creator中根据所实现的不同功能而设计了不同的类模块及模块之间的通信接口,同时基于数据的处理过程对整个应用程序进行分层设计,并使用界面布局管理器来分层管理界面中的所有组件。最后,针对机械臂控制系统中的正逆运动学问题,本文选用ROS作为解决运动学问题的平台,并在该平台的基础上对人机交互界面程序进行验证。首先需要在ROS中搭建机械臂控制系统的软件环境,其中包括使用Move It创建机械臂的运动控制包,并建立新的节点来采集关节轨迹信息,然后通过界面程序将关节轨迹信息发送到关机电机控制器中,再将电机的位置反馈轨迹与其接收的位置轨迹进行比较,来验证整个系统的可行性。本文通过在ROS中搭建机械臂的控制系统,并将搭载人机交互界面的S5PV210开发板抽象为ROS的一个节点,以及自定义了人机交互界面的通信接口,在为用户提供良好交互体验的同时,充分展示出开源软件和分层设计思想在搭建整个平台时的优势。