工業機器人典型控制系統及構造摘要：工業機器人由主體、驅動系統和控制系統三個根本局部組成。主體即機座和執行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人有3~6個運動自由度，其中腕部通常有1~3個運動自由度；驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以便執行機構產生相應的動作；控制系統是按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號，并進展控制。關鍵詞：工業機器人控制系統構造體系〔一〕工業機器人控制系統所要到達的功能機器人控制系統是機器人的重要組成局部，用于對操作機的控制，以完成特定的工作任務，其根本功能如下：〔1〕記憶功能：存儲作業順序、運動路徑、運動方式、運動速度和與生產工藝有關的信息。〔2〕示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教盒和導弓I示教兩種。〔3〕與外圍設備聯系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網絡接口、同步接口。〔4〕坐標設置功能：有關節、絕對、工具、用戶自定義四種坐標系。〔5〕人機接口：示教盒、操作面板、顯示屏。〔6〕傳感器接口：位置檢測、視覺、觸覺、力覺等。〔7〕位置伺服功能：機器人多軸聯動、運動控制、速度和加速度控制、動態補償等。〔8〕故障診斷平安保護功能：運行時系統狀態監視、故障狀態下的平安保護和故障自診斷。〔二〕、工業機器人控制系統的組成〔圖1〕〔1〕控制計算機：控制系統的調度指揮機構。一般為微型機、微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型CPU°〔2〕示教盒：示教機器人的工作軌跡和參數設定，以及所有人機交互操作，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信息交互。〔3〕操作面板：由各種操作按鍵、狀態指示燈構成，只完成根本功能操作。〔4〕硬盤和軟盤存儲存：儲機器人工作程序的外圍存儲器。〔5〕數字和模擬量輸入輸出：各種狀態和控制命令的輸入或輸出。〔6〕打印機接口：記錄需要輸出的各種信息。〔7〕傳感器接口：用于信息的自動檢測，實現機器人柔順控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。〔8〕軸控制器：完成機器人各關節位置、速度和加速度控制。〔9〕輔助設備控制：用于和機器人配合的輔助設備控制，如手爪變位器等。〔10〕通信接口：實現機器人和其他設備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等。〔11〕網絡接口1]Ethernet接口：可通過以太網實現數臺或單臺機器人的直接？6通信，數據傳輸速率高達10Mbit/s，可直接在PC上用windows庫函數進展應用程序編程之后，支持TCP/IP通信協議，通過Ethernet接口將數據及程序裝入各個機器人控制器中。2〕Fieldbus接口：支持多種流行的現場總線規格，如Devicenet.ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。示我堰通愉it口rr印機摧口圖1機器人控制系統組成框圖〔三〕、工業機器人控制系統分類〔1〕程序控制系統：給每一個自由度施加一定規律的控制作用，機器人就可實現要求的空間軌跡。〔2〕自適應控制系統：當外界條件變化時，為保證所要求的品質成為了隨著經歷的積累而自行改善控制品質，其過程是基于操作機的狀態和伺服誤差的觀察，再調整非線性模型的參數，一直到誤差消失為止。這種系統的構造和參數能隨時間和條件自動改變。〔3〕人工智能系統：事先無法編制運動程序，而是要求在運動過程中根據所獲得的周圍狀態信息，實時確定控制作用。驅動方式：參見工業機器人驅動系統。運動方式：〔4〕點位式：要求機器人準確控制末端執行器的位姿，而與路徑無關；〔5〕軌跡式：要求機器人按示教的軌跡和速度運動。〔6〕控制總線：國際標準總線控制系統。采用國際標準總線作為控制系統的控制總線，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。〔7〕自定義總線控制系統：由生產廠家自行定義使用的總線作為控制系統總線。〔8〕編程方式：物理設置編程系統。由操作者設置固定的限位開關，實現起動，停車的程序操作，只能用于簡單的拾起和放置作業。〔9〕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，包括直接示教〔即手把手示教〕模擬示教和示教盒示教。〔10〕離線編程：不對實際作業的機器人直接示教，而是脫離實際作業環境，生成示教程序，通過使用高級機器人，編程語言，遠程式離線生成機器人作業軌跡。〔四〕、機器人控制系統構造機器人控制系統按其控制方式可分為三類。〔1〕集中控制系統(CentralizedControlSystem):用一臺計算機實現全部控制功能，構造簡單，本錢低，但實時性差，難以擴展，在早期的機器人中常采用這種構造，其構成框圖，加圖2所示。基于PC的集中控制系統里，充分利用了PC資源開放性的特點，可以實現很好的開放性：多種控制卡，傳感器設備等都可以通過標準PCI插槽或通過標準串口、并口集成到控制系統中。集中式控制系統的優點是:硬件本錢較低，便于信息的采集和分析，易于實現系統的最優控制，整體性與協調性較好，基于PC的系統硬件擴展較為方便。其缺點也顯而易見:系統控制缺乏靈活性，控制危險容易集中，一旦出現故障，其影響面廣，后果嚴重;由于工業機器人的實時性要求很高，當系統進展大量數據計算，會降低系統實時性，系統對多任務的響應能力也會與系統的實時性相沖突；此外，系統連線復雜，會降低系統的可靠性。圖2集中控制系統框圖〔2〕主從控制系統：采用主、從兩級處理器實現系統的全部控制功能。主CPU實現管理、坐標變換、軌跡生成和系統自診斷等；MCPU實現所有關節的動作控制。其構成框圖，加圖3所示。主從控制方式系統實時性較好，適于高精度、高速度控制，但其系統擴展性較差，維修困難。圖3主從動控制系框圖〔3〕分散控制系統(DistributeControlSystem)：按系統的性質和方式將系統控制分成幾個模塊，每一個模塊各有不同的控制任務和控制策略，各模式之間可以是主從關系，也可以是平等關系。這種方式實時性好，易于實現高速、高精度控制，易于擴展，可實現智能控制，是目前流行的方式，其控制框圖加圖4所示。其主要思想是“分散控制，集中管理"，即系統對其總體目標和任務可以進展綜合協調和分配，并通過子系統的協調工作來完成控制任務，整個系統在功能、邏輯和物理等方面都是分散的，所以DCS系統又稱為集散控制系統或分散控制系統。這種構造中，子系統是由控制器和不同被控對象成設備構成的，各個子系統之間通過網絡等相互通訊。分布式控制構造提供了一個開放、實時、準確的機器人控制系統。分布式系統中常采用兩級控制方式。兩級分布式控制系統，通常由上位機、下為機和網絡組成。上位機可以進展不同的軌跡規劃和控制算法，下位機進展插補細分、控制優化等的研究和實現。上位機和下位機通過通訊總線相互協調工作，這里的通訊總線可以是RS-232、RS-485、EEE-488以及USB總線等形式。現在，以太網和現場總線技術的開展為機器人提供了更快速、穩定、有效的通訊效勞。尤其是現場總線，它應用于生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向多結點數字通信，從而形成了新型的網絡集成式全分布控制系統一現場總線控制系統FCS(FiledbusControlSystem)。在IT生產網絡中，將可以通過現場總線連接的設備統稱為現場設備/儀表"。從系統論的角度來說，工業機器人作為工廠的生產設備之一，也可以歸納為現場設備。在機器人系統中弓|入現場總線技術后，更有利于機器人在工業生產環境中的集成。圖4分布式控制系統框圖分布式控制系統的優點在于：系統靈活性好，控制系統的危險性降低，采用多處理器的分散控制，有利于系統功能的并行執行，提高系統的處理效率，縮短響應時間。對于具有多自