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關(guān)于工業(yè)機(jī)器人:這五大方面知識(shí)和技術(shù)必須了解

1笙隙、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

控制器是機(jī)器人系統(tǒng)的核心曾罕,國外有關(guān)公司對(duì)我國實(shí)行嚴(yán)密封鎖淮辕。近年來隨著微電子技術(shù)的發(fā)展佳跃,微處理器的性能越來越高怠义,而價(jià)格則越來越便宜,目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了1-2美金的32位微處理器啦别。高性價(jià)比的微處理器為機(jī)器人控制器帶來了新的發(fā)展機(jī)遇陷母,使開發(fā)低成本、高性能的機(jī)器人控制器成為可能怯录。為了保證系統(tǒng)具有足夠的計(jì)算與存儲(chǔ)能力尿欲,目前機(jī)器人控制器多采用計(jì)算能力較強(qiáng)的ARM系列、DSP系列牡呀、POWERPC系列溜舷、Intel系列等芯片組成。此外轧黑,由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全滿足某些機(jī)器人系統(tǒng)在價(jià)格开摄、性能售拼、集成度和接口等方面的要求,這就產(chǎn)生了機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)SoC(SystemonChip)技術(shù)的需求邦马,將特定的處理器與所需要的接口集成在一起贱鼻,可簡化系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì),縮小系統(tǒng)尺寸勇婴,并降低成本忱嘹。例如,Actel公司將NEOS或ARM7的處理器內(nèi)核集成在其FPGA產(chǎn)品上耕渴,形成了一個(gè)完整的SoC系統(tǒng)拘悦。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器方面,其研究主要集中在美國和日本橱脸,并有成熟的產(chǎn)品础米,如美國DELTATAU公司、日本朋立株式會(huì)社等添诉。其運(yùn)動(dòng)控制器以DSP技術(shù)為核心屁桑,采用基于PC的開放式結(jié)構(gòu)。

2栏赴、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

在控制器體系結(jié)構(gòu)方面蘑斧,其研究重點(diǎn)是功能劃分和功能之間信息交換的規(guī)范。在開放式控制器體系結(jié)構(gòu)研究方面卢操,有兩種基本結(jié)構(gòu)堡喳,一種是基于硬件層次劃分的結(jié)構(gòu),該類型結(jié)構(gòu)比較簡單企奔,在日本祸播,體系結(jié)構(gòu)以硬件為基礎(chǔ)來劃分,如三菱重工株式會(huì)社將其生產(chǎn)的PA210可攜帶式通用智能臂式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)劃分為五層結(jié)構(gòu)妖奕;另一種是基于功能劃分的結(jié)構(gòu)遭唠,它將軟硬件一同考慮,其是機(jī)器人控制器體系結(jié)構(gòu)研究和發(fā)展的方向窄栓。

3颊姻、控制軟件開發(fā)環(huán)境

在機(jī)器人軟件開發(fā)環(huán)境方面,一般工業(yè)機(jī)器人公司都有自己獨(dú)立的開發(fā)環(huán)境和獨(dú)立的機(jī)器人編程語言笙亿,如日本Motoman公司矫恳、德國KUKA公司、美國的Adept公司幕柬、瑞典的ABB公司等臊啃。很多大學(xué)在機(jī)器人開發(fā)環(huán)境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作症丁,提供了很多開放源碼拆内,可在部分機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)下進(jìn)行集成和控制操作旋圆,目前已在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了許多相關(guān)實(shí)驗(yàn)。國內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境有TeamBots麸恍,v.2.0e灵巧、ARIA,V.2.4.1抹沪、Player/Stage刻肄,v.1.6.5.1.6.2、Pyro.v.4.6.0融欧、CARMEN.v.1.1.1敏弃、MissionLab.v.6.0、ADE.V.1.0beta噪馏、Miro.v.CVS-March17.2006麦到、MARIE.V.0.4.0、FlowDesigner.v.0.9.0欠肾、RobotFlow.v.0.2.6等等瓶颠。從機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看,對(duì)機(jī)器人軟件開發(fā)環(huán)境有兩方面的需求椭吠。一方面是來自機(jī)器人最終用戶捅青,他們不僅使用機(jī)器人,而且希望能夠通過編程的方式賦予機(jī)器人更多的功能炬锦,這種編程往往是采用可視化編程語言實(shí)現(xiàn)的豺孤,如樂高M(jìn)indStormsNXT的圖形化編程環(huán)境和微軟RoboticsStudio提供的可視化編程環(huán)境。

4纤秃、機(jī)器人專用操作系統(tǒng)

(1)竹小、VxWorks,VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)蝎杯,是Tornado嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分傲钳。VxWorks具有可裁剪微內(nèi)核結(jié)構(gòu);高效的任務(wù)管理戒甜;靈活的任務(wù)間通信棺昵;微秒級(jí)的中斷處理;支持POSIX1003.1b實(shí)時(shí)擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)润申;支持多種物理介質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)的销贝、完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。

(2)呻纹、WindowsCE堆生,WindowsCE與Windows系列有較好的兼容性,無疑是WindowsCE推廣的一大優(yōu)勢(shì)雷酪。WindowsCE為建立針對(duì)掌上設(shè)備淑仆、無線設(shè)備的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序和服務(wù)提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺(tái)涝婉,它能在多種處理器體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行,并且通常適用于那些對(duì)內(nèi)存占用空間具有一定限制的設(shè)備蔗怠。

(3)墩弯、嵌入式Linux,由于其源代碼公開寞射,人們可以任意修改渔工,以滿足自己的應(yīng)用。其中大部分都遵從GPL桥温,是開放源代碼和免費(fèi)的引矩。可以稍加修改后應(yīng)用于用戶自己的系統(tǒng)侵浸。有龐大的開發(fā)人員群體脓魏,無需專門的人才,只要懂Unix/Linux和C語言即可肄埠。支持的硬件數(shù)量龐大妄舅。嵌入式Linux和普通Linux并無本質(zhì)區(qū)別,PC上用到的硬件嵌入式Linux幾乎都支持搓胯。而且各種硬件的驅(qū)動(dòng)程序源代碼都可以得到和绳,為用戶編寫自己專有硬件的驅(qū)動(dòng)程序帶來很大方便。

(4)臂沽、&mu挺教;C/OS-Ⅱ,&mu橡戈;C/OS-Ⅱ是著名的源代碼公開的實(shí)時(shí)內(nèi)核阎肌,是專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的,可用于8位掷雪,16位和32位單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)将遮。它的主要特點(diǎn)是公開源代碼、可移植性好肌坑、可固化近弟、可裁剪性、占先式內(nèi)核挺智、可確定性等祷愉。

(5)、DSP/BIOS赦颇,DSP/BIOS是TI公司特別為其TMS320C6000TM帅挫,TMS320C5000TM和TMS320C28xTM系列DSP平臺(tái)所設(shè)計(jì)開發(fā)的一個(gè)尺寸可裁剪的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核囊弥,是TI公司的CodeComposerStudioTM開發(fā)工具的組成部分之一愉镰。DSP/BIOS主要由三部分組成:多線程實(shí)時(shí)內(nèi)核;實(shí)時(shí)分析工具句占;芯片支持庫。利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)程序躯嫉,可以方便快速的開發(fā)復(fù)雜的DSP程序。

5杨拐、機(jī)器人伺服通信總線技術(shù)

目前國際上還沒有專用于機(jī)器人系統(tǒng)中的伺服通信總線祈餐,在實(shí)際應(yīng)用過程中,通常根據(jù)系統(tǒng)需求哄陶,把常用的一些總線萤翔,如以太網(wǎng)、CAN勋匙、1394讼谅、SERCOS、USB韭赡、RS-485等用于機(jī)器人系統(tǒng)中挟晒。當(dāng)前大部分通信控制總線可以歸納為兩類,即基于RS-485和線驅(qū)動(dòng)技術(shù)的串行總線技術(shù)和基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的高速串行總線技術(shù)割懊。


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