機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能要求
1、記憶功能:存儲作業(yè)順序、運(yùn)動路徑、運(yùn)動方式、運(yùn)動速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)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(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、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。
4、坐標(biāo)設(shè)置功能:有關(guān)節(jié)、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。
5、人機(jī)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(jī)器人多軸聯(lián)動、運(yùn)動控制、速度和加速度控制、動態(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、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障自診斷。
機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要種類
控制系統(tǒng)的任務(wù),是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序、以及從傳感器反饋回來的信號,支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成的運(yùn)動和功能。 假如機(jī)器人不具備信息反饋特征,則為開環(huán)控制系統(tǒng);若具備信息反饋特征,則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。
根據(jù)控制原理可分為程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。
根據(jù)控制運(yùn)動的形式可分為點(diǎn)位控制和軌跡控制。
工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)組成
1、控制計(jì)算機(jī):控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮中心機(jī)構(gòu)。
2、示教盒:示教機(jī)器人的工作軌跡和參數(shù)設(shè)定,以及所有人機(jī)交互操作,擁有自己獨(dú)立的CPU以及存儲單元,與主計(jì)算機(jī)之間以串行通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互。
3、操作面板: 由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成,只完成基本功能操作。
4、硬盤和軟盤存儲存:儲機(jī)器人工作程序的外圍存儲器。
5、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、打印機(jī)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(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制。
9、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。
10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、并行接口等。
11、網(wǎng)絡(luò)接口
1)Ethernet接口:可通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)臺或單臺機(jī)器人的直接PC通信,數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10Mbit/s,可直接在PC上用windows庫函數(shù)進(jìn)行應(yīng)用程序編程之后,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(jī)器人控制器中。
2)Fieldbus接口:支持多種流行的現(xiàn)場總線規(guī)格,如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。
機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式
集中控制系統(tǒng)
用一臺計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能,結(jié)構(gòu)簡單,成本低,但實(shí)時(shí)性差,難以擴(kuò)展,在早期的機(jī)器人中常采用這種結(jié)構(gòu),其構(gòu)成框圖,如圖所示
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),可以實(shí)現(xiàn)很好的開放性:多種控制卡,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。
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,易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制,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。
其缺點(diǎn)也顯而易見:系統(tǒng)控制缺乏靈活性,控制危險(xiǎn)容易集中,一旦出現(xiàn)故障,其影響面廣,后果嚴(yán)重;由于機(jī)器人的實(shí)時(shí)性要求很高,當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)算,會降低系統(tǒng)實(shí)時(shí)性,系統(tǒng)對多任務(wù)的響應(yīng)能力也會與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性相沖突;此外,系統(tǒng)連線復(fù)雜,會降低系統(tǒng)的可靠性。
主從控制方式
采用主、從兩級處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能。主CPU實(shí)現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等:從CPU實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動作控制。其構(gòu)成框圖,如圖所示。
主從控制方式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較好,適于高精度、高速度控制,但其系統(tǒng)擴(kuò)展性較差,維修困難。
分散控制方式
按系統(tǒng)的性質(zhì)和方式將系統(tǒng)控制分成幾個模塊,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,也可以是平等關(guān)系。這種方式實(shí)時(shí)性好,易于實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制,易于擴(kuò)展,可實(shí)現(xiàn)智能控制,是目前流行的方式,其控制框圖如圖所示。
其主要思想是“分散控制,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,并通過子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作來完成控制任務(wù),整個系統(tǒng)在功能、邏輯和物理等方面都是分散的,所以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,子系統(tǒng)是由控制器和不同被控對象或設(shè)備構(gòu)成的,各個子系統(tǒng)之間通過網(wǎng)絡(luò)等相互通訊。分布式控制結(jié)構(gòu)提供了一個開放、實(shí)時(shí)、精確的機(jī)器人控制系統(tǒng)。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)
通常由上位機(jī)、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,下位機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)細(xì)分、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,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(xiàn)在,以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展為機(jī)器人提供了更快速、穩(wěn)定、有效的通訊服務(wù)。尤其是現(xiàn)場總線,它應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機(jī)化測量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向多結(jié)點(diǎn)數(shù)字通信,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)。
分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于:系統(tǒng)靈活性好,控制系統(tǒng)的危險(xiǎn)性降低,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,提高系統(tǒng)的處理效率,縮短響應(yīng)時(shí)間。