【編者按】工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成额晶。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)瑟毡，包括臂部、腕部和手部伪浅，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)子特。

一、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)所要達(dá)到的功能

機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分惕衩，用于對(duì)操作機(jī)的控制挨伯，以完成特定的工作任務(wù)，其基本功能如下：

1垫凝、記憶功能：存儲(chǔ)作業(yè)順序填要、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)方式仔戈、運(yùn)動(dòng)速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息关串。

2、示教功能：離線編程监徘，在線示教晋修，間接示教。在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種凰盔。

3墓卦、與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：輸入和輸出接口、通信接口户敬、網(wǎng)絡(luò)接口落剪、同步接口。

4尿庐、坐標(biāo)設(shè)置功能：有關(guān)節(jié)忠怖、絕對(duì)呢堰、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系凡泣。

5枉疼、人機(jī)接口：示教盒、操作面板谭扑、顯示屏窟句。

6、傳感器接口：位置檢測(cè)优诵、視覺吟筷、觸覺、力覺等俺下。

7巡蛋、位置伺服功能：機(jī)器人多軸聯(lián)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制预铁、速度和加速度控制嚣赤、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取?/p>

8、故障診斷安全保護(hù)功能：運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視簸翠、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障自診斷违冲。

二、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成（圖1）

1蒋毕、控制計(jì)算機(jī)：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)略荡。一般為微型機(jī)、微處理器有32位歉胶、64位等如奔騰系列CPU以及其他類型CPU汛兜。

2、示教盒：示教機(jī)器人的工作軌跡和參數(shù)設(shè)定通今，以及所有人機(jī)交互操作粥谬，擁有自己獨(dú)立的CPU以及存儲(chǔ)單元，與主計(jì)算機(jī)之間以串行通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互辫塌。

3漏策、操作面板：由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成臼氨，只完成基本功能操作掺喻。

4、硬盤和軟盤存儲(chǔ)存：儲(chǔ)機(jī)器人工作程序的外圍存儲(chǔ)器储矩。

5感耙、數(shù)字和模擬量輸入輸出：各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。

6持隧、打印機(jī)接口：記錄需要輸出的各種信息抑月。

7搂拴、傳感器接口：用于信息的自動(dòng)檢測(cè)跷塘，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制苗鸦，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器跋共。

8外羽、軸控制器：完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制絮很。

9捡奖、輔助設(shè)備控制：用于和機(jī)器人配合的輔助設(shè)備控制，如手爪變位器等戚绪。

10窍蚤、通信接口：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口曙辛、并行接口等夏植。

11、網(wǎng)絡(luò)接口

1）Ethernet接口：可通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)臺(tái)或單臺(tái)機(jī)器人的直接PC通信移鸣，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10Mbit/s砸捏，可直接在PC上用windows庫(kù)函數(shù)進(jìn)行應(yīng)用程序編程之后，支持TCP/IP通信協(xié)議隙赁，通過Ethernet接口將數(shù)據(jù)及程序裝入各個(gè)機(jī)器人控制器中垦藏。

2）Fieldbus接口：支持多種流行的現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)格，如Devicenet伞访、ABRemoteI/O掂骏、Interbus-s、profibus-DP厚掷、M-NET等弟灼。

三、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類

1蝗肪、程序控制系統(tǒng)：給每一個(gè)自由度施加一定規(guī)律的控制作用袜爪，機(jī)器人就可實(shí)現(xiàn)要求的空間軌跡。

2薛闪、自適應(yīng)控制系統(tǒng)：當(dāng)外界條件變化時(shí)辛馆，為保證所要求的品質(zhì)或?yàn)榱穗S著經(jīng)驗(yàn)的積累而自行改善控制品質(zhì)，其過程是基于操作機(jī)的狀態(tài)和伺服誤差的觀察豁延，再調(diào)整非線性模型的參數(shù)昙篙，一直到誤差消失為止。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時(shí)間和條件自動(dòng)改變写掖。

3揖岔、人工智能系統(tǒng)：事先無法編制運(yùn)動(dòng)程序序峦，而是要求在運(yùn)動(dòng)過程中根據(jù)所獲得的周圍狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)確定控制作用文荚。

4鳍擎、點(diǎn)位式：要求機(jī)器人準(zhǔn)確控制末端執(zhí)行器的位姿，而與路徑無關(guān)衬械。

5祷罩、軌跡式：要求機(jī)器人按示教的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)。

6辙霎、控制總線：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線控制系統(tǒng)隔抒。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線作為控制系統(tǒng)的控制總線，如VME淋憋、MULTI-bus课娃、STD-bus、PC-bus桃序。

7杖虾、自定義總線控制系統(tǒng)：由生產(chǎn)廠家自行定義使用的總線作為控制系統(tǒng)總線。

8葡缰、編程方式：物理設(shè)置編程系統(tǒng)亏掀。由操作者設(shè)置固定的限位開關(guān)，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)泛释，停車的程序操作滤愕，只能用于簡(jiǎn)單的拾起和放置作業(yè)。

9怜校、在線編程：通過人的示教來完成操作信息的記憶過程編程方式间影，包括直接示教模擬示教和示教盒示教。

10茄茁、離線編程：不對(duì)實(shí)際作業(yè)的機(jī)器人直接示教魂贬，而是脫離實(shí)際作業(yè)環(huán)境，示教程序裙顽，通過使用高級(jí)機(jī)器人付燥，編程語言，遠(yuǎn)程式離線生成機(jī)器人作業(yè)軌跡颅网。

四段卵、機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為三類。

1）集中控制系統(tǒng)(CentralizedControlSystem)：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能翎憨，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單荤榄，成本低，但實(shí)時(shí)性差，難以擴(kuò)展借倘，在早期的機(jī)器人中常采用這種結(jié)構(gòu)阀霸，其構(gòu)成框圖，如圖2所示枣象⊥腊基于PC的集中控制系統(tǒng)里，充分利用了PC資源開放性的特點(diǎn)文紧，可以實(shí)現(xiàn)很好的開放性：多種控制卡叔三，傳感器設(shè)備等都可以通過標(biāo)準(zhǔn)PCI插槽或通過標(biāo)準(zhǔn)串口、并口集成到控制系統(tǒng)中俭谨。集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：硬件成本較低，便于信息的采集和分析径筏，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制葛假，整體性與協(xié)調(diào)性較好，基于PC的系統(tǒng)硬件擴(kuò)展較為方便滋恬。其缺點(diǎn)也顯而易見：系統(tǒng)控制缺乏靈活性聊训，控制危險(xiǎn)容易集中，一旦出現(xiàn)故障恢氯，其影響面廣带斑，后果嚴(yán)重；由于工業(yè)機(jī)器人的實(shí)時(shí)性要求很高勋拟，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)算勋磕，會(huì)降低系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)的響應(yīng)能力也會(huì)與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性相沖突敢靡；此外挂滓，系統(tǒng)連線復(fù)雜，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性啸胧。

2）主從控制系統(tǒng)：采用主赶站、從兩級(jí)處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能。主CPU實(shí)現(xiàn)管理鲫础、坐標(biāo)變換惕秧、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等：從CPU實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動(dòng)作控制。其構(gòu)成框圖嫉卵，如圖3所示的炫。主從控制方式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較好，適于高精度秉疚、高速度控制晋蛾，但其系統(tǒng)擴(kuò)展性較差，維修困難。

3）分散控制系統(tǒng)(DistributeControlSystem)：按系統(tǒng)的性質(zhì)和方式將系統(tǒng)控制分成幾個(gè)模塊艳院，每一個(gè)模塊各有不同的控制任務(wù)和控制策略糯侍，各模式之間可以是主從關(guān)系，也可以是平等關(guān)系颠恬。這種方式實(shí)時(shí)性好洞逼，易于實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制憾汛，易于擴(kuò)展党饮，可實(shí)現(xiàn)智能控制，是目前流行的方式驳庭，其控制框圖如圖4所示刑顺。其主要思想是“分散控制，集中管理”饲常，即系統(tǒng)對(duì)其總體目標(biāo)和任務(wù)可以進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)和分配蹲堂，并通過子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作來完成控制任務(wù)，整個(gè)系統(tǒng)在功能贝淤、邏輯和物理等方面都是分散的柒竞，所以DCS系統(tǒng)又稱為集散控制系統(tǒng)或分散控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)中播聪，子系統(tǒng)是由控制器和不同被控對(duì)象或設(shè)備構(gòu)成的朽基，各個(gè)子系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)等相互通訊。分布式控制結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)開放离陶、實(shí)時(shí)稼虎、精確的機(jī)器人控制系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)中常采用兩級(jí)控制方式枕磁。

兩級(jí)分布式控制系統(tǒng)通常由上位機(jī)子桩、下為機(jī)和網(wǎng)絡(luò)組成。上位機(jī)可以進(jìn)行不同的軌跡規(guī)劃和控制算法涉捂，下位機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)細(xì)分奄刊、控制優(yōu)化等的研究和實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)和下位機(jī)通過通訊總線相互協(xié)調(diào)工作渣冒，這里的通訊總線可以是RS-232饱粟、RS-485、EEE-488以及USB總線等形式±攀荩現(xiàn)在掖阶，以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展為機(jī)器人提供了更快速、穩(wěn)定乌诚、有效的通訊服務(wù)炮疲。尤其是現(xiàn)場(chǎng)總線枷斩，它應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向多結(jié)點(diǎn)數(shù)字通信虎叔，從而形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)—現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS(FiledbusControlSystem)味测。在工廠生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中，將可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接的設(shè)備統(tǒng)稱為“現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/儀表”铺坞。從系統(tǒng)論的角度來說起宽，工業(yè)機(jī)器人作為工廠的生產(chǎn)設(shè)備之一，也可以歸納為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備济榨。在機(jī)器人系統(tǒng)中引入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)后坯沪，更有利于機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的集成。

分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：系統(tǒng)靈活性好擒滑，控制系統(tǒng)的危險(xiǎn)性降低腐晾，采用多處理器的分散控制，有利于系統(tǒng)功能的并行執(zhí)行橘忱，提高系統(tǒng)的處理效率赴魁，縮短響應(yīng)時(shí)間。

對(duì)于具有多自由度的工業(yè)機(jī)器人而言钝诚，集中控制對(duì)各個(gè)控制軸之間的藕合關(guān)系處理得很好，可以很簡(jiǎn)單的進(jìn)行補(bǔ)償榄棵。但是凝颇，當(dāng)軸的數(shù)量增加到使控制算法變得很復(fù)雜時(shí)，其控制性能會(huì)惡化疹鳄。而且末瘾，當(dāng)系統(tǒng)中軸的數(shù)量或控制算法變得很復(fù)雜時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)摹钳。與之相比讼舰，分布式結(jié)構(gòu)的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸都由一個(gè)控制器處理，這意味著疲席，系統(tǒng)有較少的軸間禍合和較高的系統(tǒng)重構(gòu)性沦望。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享台古，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)慨醒，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布盲赚、編輯整理上傳阐合，對(duì)此類作品本站僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)膘椿。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻童隆、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題，請(qǐng)第一時(shí)間告知洪灯，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容坎缭，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn婴渡。