工業(yè)機器人由主體、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成甫危。主體即機座和執(zhí)行機構(gòu)，包括臂部淀准、腕部和手部售荆，有的機器人還有行走機構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機器人有3～6個運動自由度烁讨，其中腕部通常有1～3個運動自由度俭柒。

驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機構(gòu)，用以使執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作么养。

控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令信號帅维，并進(jìn)行控制。今天小編先和大家聊聊控制系統(tǒng)协固！

1.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)所要達(dá)到的功能

機器人控制系統(tǒng)是機器人的重要組成部分溢傅，用于對操作機的控制，以完成特定的工作任務(wù)迹蛤，其基本功能如下：

1.記憶功能：存儲作業(yè)順序民珍、運動路徑、運動方式盗飒、運動速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息嚷量。

2.示教功能：離線編程，在線示教逆趣，間接示教蝶溶。在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種。

3.與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：輸入和輸出接口宣渗、通信接口抖所、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口痕囱。

4.坐標(biāo)設(shè)置功能：有關(guān)節(jié)田轧、絕對暴匠、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系傻粘。 人機接口：示教盒每窖、操作面板、顯示屏迹遏。

5.傳感器接口：位置檢測菊蹬、視覺、觸覺懒俊、力覺等掏谎。

6.位置伺服功能：機器人多軸聯(lián)動、運動控制钮瘪、速度和加速度控制锄菊、動態(tài)補償?shù)取?/p>

7.故障診斷安全保護功能：運行時系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護和故障自診斷换募。

圖 1 機器人控制系統(tǒng)組成框圖

2.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的組成

?控制計算機：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機構(gòu)潘羡。一般為微型機、微處理器有32位洲稽、64位等坎隶，如奔騰系列CPU以及其他類型CPU。

?示教盒：示教機器人的工作軌跡和參數(shù)設(shè)定蚂朽，以及所有人機交互操作刮吧，擁有自己獨立的CPU以及存儲單元，與主計算機之間以串行通信方式實現(xiàn)信息交互掖蛤。

?操作面板：由各種操作按鍵杀捻、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本功能操作蚓庭。

?硬盤和軟盤存儲存：儲機器人工作程序的外圍存儲器致讥。

?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。

?打印機接口：記錄需要輸出的各種信息器赞。

?傳感器接口：用于信息的自動檢測垢袱，實現(xiàn)機器人柔順控制，一般為力覺港柜、觸覺和視覺傳感器请契。

?軸控制器：完成機器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制夏醉。

?輔助設(shè)備控制：用于和機器人配合的輔助設(shè)備控制爽锥，如手爪變位器等。

?通信接口：實現(xiàn)機器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口匙杏、并行接口等模朋。

?網(wǎng)絡(luò)接口：①Ethernet接口：可通過以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)臺或單臺機器人的直接PC通信，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10Mbit/s簇精，可直接在PC上用windows庫函數(shù)進(jìn)行應(yīng)用程序編程之后啃嫂，支持TCP/IP通信協(xié)議，通過Ethernet接口將數(shù)據(jù)及程序裝入各個機器人控制器中载秀。

? ②Fieldbus接口：支持多種流行的現(xiàn)場總線規(guī)格，如Device net乳的、AB Remote I/O泥贷、Interbus-s、profibus-DP硼环、M-NET等洼眶。

3.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)分類

?程序控制系統(tǒng)：給每一個自由度施加一定規(guī)律的控制作用，機器人就可實現(xiàn)要求的空間軌跡狰宗。

?自適應(yīng)控制系統(tǒng)：當(dāng)外界條件變化時白庙，為保證所要求的品質(zhì)或為了隨著經(jīng)驗的積累而自行改善控制品質(zhì)，其過程是基于操作機的狀態(tài)和伺服誤差的觀察甘沾，再調(diào)整非線性模型的參數(shù)搬设，一直到誤差消失為止。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時間和條件自動改變撕捍。

?人工智能系統(tǒng)：事先無法編制運動程序拿穴，而是要求在運動過程中根據(jù)所獲得的周圍狀態(tài)信息，實時確定控制作用忧风。

運動方式： 點位式：要求機器人準(zhǔn)確控制末端執(zhí)行器的位姿默色，而與路徑無關(guān)；軌跡式：要求機器人按示教的軌跡和速度運動狮腿。 控制總線： 國際標(biāo)準(zhǔn)總線控制系統(tǒng)腿宰。采用國際標(biāo)準(zhǔn)總線作為控制系統(tǒng)的控制總線，如VME缘厢、MULTI-bus吃度、STD-bus、PC-bus昧绣。 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)總線规肴。編程方式： 物理設(shè)置編程系統(tǒng)。由操作者設(shè)置固定的限位開關(guān)夜畴，實現(xiàn)起動塞姻，停車的程序操作，只能用于簡單的拾起和放置作業(yè)。 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尺澜，包括直接示教（即手把手示教）模擬示教和示教盒示教绵顷。 離線編程：不對實際作業(yè)的機器人直接示教，而是脫離實際作業(yè)環(huán)境厅肩，生成示教程序螺蜻，通過使用高級機器人，編程語言禽制，遠(yuǎn)程式離線生成機器人作業(yè)軌跡剪酵。 4.機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 機器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為三類。 1.集中控制系統(tǒng)(Centralized Control System )：用一臺計算機實現(xiàn)全部控制功能膜却，結(jié)構(gòu)簡單药呜，成本低，但實時性差攘默，難以擴展访僚，在早期的機器人中常采用這種結(jié)構(gòu)×嵯基于PC 的集中控制系統(tǒng)里输拇，充分利用了PC 資源開放性的特點，可以實現(xiàn)很好的開放性：多種控制卡贤斜，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)串口策吠、并口集成到控制系統(tǒng)中。集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點是:硬件成本較低蠢古，便于信息的采集和分析奴曙，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，整體性與協(xié)調(diào)性較好草讶，基于PC 的系統(tǒng)硬件擴展較為方便洽糟。其缺點也顯而易見:系統(tǒng)控制缺乏靈活性，控制危險容易集中堕战，一旦出現(xiàn)故障坤溃，其影響面廣，后果嚴(yán)重;由于工業(yè)機器人的實時性要求很高嘱丢，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計算薪介，會降低系統(tǒng)實時性，系統(tǒng)對多任務(wù)的響應(yīng)能力也會與系統(tǒng)的實時性相沖突腔益；此外草教，系統(tǒng)連線復(fù)雜，會降低系統(tǒng)的可靠性舰打。

圖 2 集中控制系統(tǒng)框圖2.主從控制系統(tǒng)：采用主经禽、從兩級處理器實現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能蒋巡。主CPU實現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換可剪、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等肚苇；從CPU實現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動作控制。其構(gòu)成框圖登翩，如圖3所示蚣锌。主從控制方式系統(tǒng)實時性較好，適于高精度沈路、高速度控制计浮，但其系統(tǒng)擴展性較差，維修困難加六。

圖 3 主從動控制系框圖3.分散控制系統(tǒng)(Distribute Control System )：按系統(tǒng)的性質(zhì)和方式將系統(tǒng)控制分成幾個模塊漓拾，每一個模塊各有不同的控制任務(wù)和控制策略，各模式之間可以是主從關(guān)系戒祠，也可以是平等關(guān)系。這種方式實時性好速种，易于實現(xiàn)高速姜盈、高精度控制，易于擴展配阵，可實現(xiàn)智能控制馏颂，是目前流行的方式，其控制框圖如圖4所示棋傍。

圖 4 分布式控制系統(tǒng)框圖其主要思想是“分散控制救拉，集中管理”，即系統(tǒng)對其總體目標(biāo)和任務(wù)可以進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)和分配瘫拣，并通過子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作來完成控制任務(wù)亿絮，整個系統(tǒng)在功能、邏輯和物理等方面都是分散的麸拄，所以DCS 系統(tǒng)又稱為集散控制系統(tǒng)或分散控制系統(tǒng)派昧。這種結(jié)構(gòu)中，子系統(tǒng)是由控制器和不同被控對象或設(shè)備構(gòu)成的颤皆，各個子系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)等相互通訊酬苇。分布式控制結(jié)構(gòu)提供了一個開放、實時给番、精確的機器人控制系統(tǒng)蚤件。分布式系統(tǒng)中常采用兩級控制方式。 兩級分布式控制系統(tǒng)狞绰，通常由上位機完株、下為機和網(wǎng)絡(luò)組成。上位機可以進(jìn)行不同的軌跡規(guī)劃和控制算法，下位機進(jìn)行插補細(xì)分乳环、控制優(yōu)化等的研究和實現(xiàn)匠泵。上位機和下位機通過通訊總線相互協(xié)調(diào)工作，這里的通訊總線可以是RS-232倘回、RS-485了酌、EEE-488 以及USB 總線等形式。現(xiàn)在音瓷，以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展為機器人提供了更快速对嚼、穩(wěn)定、有效的通訊服務(wù)绳慎。尤其是現(xiàn)場總線纵竖，它應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向多結(jié)點數(shù)字通信杏愤，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)場總線控制系統(tǒng)FCS ( Filed bus Control System )靡砌。在工廠生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中，將可以通過現(xiàn)場總線連接的設(shè)備統(tǒng)稱為“現(xiàn)場設(shè)備/儀表”珊楼。從系統(tǒng)論的角度來說通殃，工業(yè)機器人作為工廠的生產(chǎn)設(shè)備之一，也可以歸納為現(xiàn)場設(shè)備厕宗。在機器人系統(tǒng)中引入現(xiàn)場總線技術(shù)后画舌，更有利于機器人在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的集成。 分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點在于：系統(tǒng)靈活性好已慢，控制系統(tǒng)的危險性降低曲聂，采用多處理器的分散控制，有利于系統(tǒng)功能的并行執(zhí)行佑惠，提高系統(tǒng)的處理效率侠呛，縮短響應(yīng)時間。 對于具有多自由度的工業(yè)機器人而言菱脯，集中控制對各個控制軸之間的藕合關(guān)系處理得很好跃等，可以很簡單的進(jìn)行補償。但是湘秀，當(dāng)軸的數(shù)量增加到使控制算法變得很復(fù)雜時喉投，其控制性能會惡化。而且军含，當(dāng)系統(tǒng)中軸的數(shù)量或控制算法變得很復(fù)雜時种车，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的重新設(shè)計。與之相比孩砸，分布式結(jié)構(gòu)的每一個運動軸都由一個控制器處理匿贝，這意味著搬洪，系統(tǒng)有較少的軸間禍合和較高的系統(tǒng)重構(gòu)性。

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