解讀工業機器人控制系統組成及典型結構
阿新 • • 發佈：2019-01-07
一、工業機器人控制系統所要達到的功能
機器人控制系統是機器人的重要組成部分，用於對操作機的控制，以完成特定的工作任務，其基本功能如下：
1、記憶功能：儲存作業順序、運動路徑、運動方式、運動速度和與生產工藝有關的資訊。
2、示教功能：離線程式設計，線上示教，間接示教。線上示教包括示教盒和導引示教兩種。
3、與外圍裝置聯絡功能：輸入和輸出介面、通訊介面、網路介面、同步介面。
4、座標設定功能：有關節、絕對、工具、使用者自定義四種座標系。
5、人機介面：示教盒、操作面板、顯示屏。
6、感測器介面：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、故障診斷安全保護功能：執行時系統狀態監視、故障狀態下的安全保護和故障自診斷。
二、工業機器人控制系統的組成 
2）Fieldbus介面：支援多種流行的現場匯流排規格，如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。
三、工業機器人控制系統分類
1、程式控制系統：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或為了隨著經驗的積累而自行改善控制品質，其過程是基於操作機的狀態和伺服誤差的觀察，再調整非線性模型的引數，一直到誤差消失為止。這種系統的結構和引數能隨時間和條件自動改變。
3、人工智慧系統：事先無法編制運動程式，而是要求在運動過程中根據所獲得的周圍狀態資訊，實時確定控制作用。
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、控制匯流排：國際標準匯流排控制系統。 採用國際標準匯流排作為控制系統的控制匯流排，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。
7、自定義匯流排控制系統：由生產廠家自行定義使用的匯流排作為控制系統匯流排。
8、程式設計方式：物理設定程式設計系統。由操作者設定固定的限位開關，實現起動，停車的程式操作，只能用於簡單的拾起和放置作業。
9、線上程式設計：通過人的示教來完成操作資訊的記憶過程程式設計方式，包括直接示教模擬示教和示教盒示教。
10、離線程式設計：不對實際作業的 
2）主從控制系統：採用主、從兩級處理器實現系統的全部控制功能。主CPU實現管理、座標變換、軌跡生成和系統自診斷等：從CPU實現所有關節的動作控制。其構成框圖，如圖3所示。主從控制方式系統實時性較好，適於高精度、高速度控制，但其系統擴充套件性較差，維修困難。
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組，每一個模組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係，也可以是平等關係。這種方式實時性好，易於實現高速、高精度控制，易於擴充套件，可實現智慧控制，是目前流行的方式，其控制框圖如圖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行綜合協調和分配，並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。這種結構中，子系統是由控制器和不同被控物件或裝置構成的，各個子系統之間通過網路等相互通訊。分散式控制結構提供了一個開放、實時、精確的機器人控制系統。分散式系統中常採用兩級控制方式。
兩級分散式控制系統通常由上位機、下為機和網路組成。上位機可以進行不同的軌跡規劃和控制演算法，下位機進行插補細分、控制優化等的研究和實現。上位機和下位機通過通訊匯流排相互協調工作，這裡的通訊匯流排可以是RS-232、RS-485、EEE-488以及USB匯流排等形式。現在，乙太網和現場匯流排技術的發展為機器人提供了更快速、穩定、有效的通訊服務。尤其是現場匯流排，它應用於生產現場、在微機化測量控制裝置之間實現雙向多結點數字通訊，從而形成了新型的網路整合式全分佈控制系統—現場匯流排控制系統FCS(FiledbusControlSystem)。在工廠生產網路中，將可以通過現場匯流排連線的裝置統稱為“現場裝置/儀表”。從系統論的角度來說，工業機器人作為工廠的生產裝置之一，也可以歸納為現場裝置。在機器人系統中引入現場匯流排技術後，更有利於機器人在工業生產環境中的整合。
分散式控制系統的優點在於：系統靈活性好，控制系統的危險性降低，採用多處理器的分散控制，有利於系統功能的並行執行，提高系統的處理效率，縮短響應時間。
對於具有多自由度的工業機器人而言，集中控制對各個控制軸之間的藕合關係處理得很好，可以很簡單的進行補償。但是，當軸的數量增加到使控制演算法變得很複雜時，其控制性能會惡化。而且，當系統中軸的數量或控制演算法變得很複雜時，可能會導致系統的重新設計。與之相比，分散式結構的每一個運動軸都由一個控制器處理，這意味著，系統有較少的軸間禍合和較高的系統重構性。
本文轉自-中國機器人網(www.robot-china.com)
2）Fieldbus介面：支援多種流行的現場匯流排規格，如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。
三、工業機器人控制系統分類
1、程式控制系統：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或為了隨著經驗的積累而自行改善控制品質，其過程是基於操作機的狀態和伺服誤差的觀察，再調整非線性模型的引數，一直到誤差消失為止。這種系統的結構和引數能隨時間和條件自動改變。
3、人工智慧系統：事先無法編制運動程式，而是要求在運動過程中根據所獲得的周圍狀態資訊，實時確定控制作用。
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、控制匯流排：國際標準匯流排控制系統。 採用國際標準匯流排作為控制系統的控制匯流排，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。
7、自定義匯流排控制系統：由生產廠家自行定義使用的匯流排作為控制系統匯流排。
8、程式設計方式：物理設定程式設計系統。由操作者設定固定的限位開關，實現起動，停車的程式操作，只能用於簡單的拾起和放置作業。
9、線上程式設計：通過人的示教來完成操作資訊的記憶過程程式設計方式，包括直接示教模擬示教和示教盒示教。
10、離線程式設計：不對實際作業的
2）主從控制系統：採用主、從兩級處理器實現系統的全部控制功能。主CPU實現管理、座標變換、軌跡生成和系統自診斷等：從CPU實現所有關節的動作控制。其構成框圖，如圖3所示。主從控制方式系統實時性較好，適於高精度、高速度控制，但其系統擴充套件性較差，維修困難。
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組，每一個模組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係，也可以是平等關係。這種方式實時性好，易於實現高速、高精度控制，易於擴充套件，可實現智慧控制，是目前流行的方式，其控制框圖如圖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行綜合協調和分配，並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。這種結構中，子系統是由控制器和不同被控物件或裝置構成的，各個子系統之間通過網路等相互通訊。分散式控制結構提供了一個開放、實時、精確的機器人控制系統。分散式系統中常採用兩級控制方式。
兩級分散式控制系統通常由上位機、下為機和網路組成。上位機可以進行不同的軌跡規劃和控制演算法，下位機進行插補細分、控制優化等的研究和實現。上位機和下位機通過通訊匯流排相互協調工作，這裡的通訊匯流排可以是RS-232、RS-485、EEE-488以及USB匯流排等形式。現在，乙太網和現場匯流排技術的發展為機器人提供了更快速、穩定、有效的通訊服務。尤其是現場匯流排，它應用於生產現場、在微機化測量控制裝置之間實現雙向多結點數字通訊，從而形成了新型的網路整合式全分佈控制系統—現場匯流排控制系統FCS(FiledbusControlSystem)。在工廠生產網路中，將可以通過現場匯流排連線的裝置統稱為“現場裝置/儀表”。從系統論的角度來說，工業機器人作為工廠的生產裝置之一，也可以歸納為現場裝置。在機器人系統中引入現場匯流排技術後，更有利於機器人在工業生產環境中的整合。
分散式控制系統的優點在於：系統靈活性好，控制系統的危險性降低，採用多處理器的分散控制，有利於系統功能的並行執行，提高系統的處理效率，縮短響應時間。
對於具有多自由度的工業機器人而言，集中控制對各個控制軸之間的藕合關係處理得很好，可以很簡單的進行補償。但是，當軸的數量增加到使控制演算法變得很複雜時，其控制性能會惡化。而且，當系統中軸的數量或控制演算法變得很複雜時，可能會導致系統的重新設計。與之相比，分散式結構的每一個運動軸都由一個控制器處理，這意味著，系統有較少的軸間禍合和較高的系統重構性。
本文轉自-中國機器人網(www.robot-china.com)