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机床设计之家

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工业机器人控制的功能、组成和分类  

2013-12-23 08:15:25|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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编辑简介]:本文简要介绍了工业机器人控制系统的功能、组成和分类,供大家参考。
[关键词]:工业机器人 控制系统 功能 组成 分类

1. 对机器人控制系统的一般要求 
机器人控制系统是机器人的重要组成部分,用于对操作机的控制,以完成特定的工作任务,其基本功能如下: 
?记忆功能:存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。 
?示教功能:离线编程,在线示教,间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。 
?与外围设备联系功能:输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。 
?坐标设置功能:有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 
?人机接口:示教盒、操作面板、显示屏。 
?传感器接口:位置检测、视觉、触觉、力觉等。 
?位置伺服功能:机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。 
?故障诊断安全保护功能:运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。

2.机器人控制系统的组成(图1) 
(1)控制计算机 控制系统的调度指挥机构。一般为微型机、微处理器有32位、64位等,如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。 
(2)示教盒 示教机器人的工作轨迹和参数设定,以及所有人机交互操作,拥有自己独立的CPU以及存储单元,与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。 
(3)操作面板 由各种操作按键、状态指示灯构成,只完成基本功能操作。 
(4)硬盘和软盘存储存 储机器人工作程序的外围存储器。 
(5)数字和模拟量输入输出 各种状态和控制命令的输入或输出。 
(6)打印机接口 记录需要输出的各种信息。 
(7)传感器接口 用于信息的自动检测,实现机器人柔顺控制,一般为力觉、触觉和视觉传感器。 
(8)轴控制器 完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。 
(9)辅助设备控制 用于和机器人配合的辅助设备控制,如手爪变位器等。 
(10)通信接口 实现机器人和其他设备的信息交换,一般有串行接口、并行接口等。 
(11)网络接口 
1)Ethernet接口:可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC通信,数据传输速率高达10Mbit/s,可直接在PC上用windows库函数进行应用程序编程之后,支持TCP/IP通信协议,通过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。 
2)Fieldbus接口:支持多种流行的现场总线规格,如Device net、AB Remote I/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。

 

3.机器人控制系统分类 
?程序控制系统:给每一个自由度施加一定规律的控制作用,机器人就可实现要求的空间轨迹。 
?自适应控制系统:当外界条件变化时,为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质,其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察,再调整非线性模型的参数,一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。 
人工智能系统:事先无法编制运动程序,而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息,实时确定控制作用。 
驱动方式:参见工业机器人驱动系统。 
运动方式: 
?点位式。要求机器人准确控制末端执行器的位姿,而与路径无关; 
?轨迹式。要求机器人按示教的轨迹和速度运动。 
控制总线: 
?国际标准总线控制系统。采用国际标准总线作为控制系统的控制总线,如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。 
?自定义总线控制系统。由生产厂家自行定义使用的总线作为控制系统总线。 
编程方式: 
?物理设置编程系统。由操作者设置固定的限位开关,实现起动,停车的程序操作,只能用于简单的拾起和放置作业。 
?在线编程。通过人的示教来完成操作信息的记忆过程编程方式,包括直接示教(即手把手示教)模拟示教和示教盒示教。 
?离线编程。不对实际作业的机器人直接示教,而是脱离实际作业环境,生成示教程序,通过使用高级机器人,编程语言,远程式离线生成机器人作业轨迹。

4.机器人控制系统结构 
机器人控制系统按其控制方式可分为三类。 
?集中控制方式:用一台计算机实现全部控制功能,结构简单,成本低,但实时性差,难以扩展,其构成框图如图2所示。 
?主从控制方式:采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等;从CPU实现所有关节的动作控制。其构成框图如图3所示。主从控制方式系统实时性较好,适于高精度、高速度控制,但其系统扩展性较差,维修困难。 
?分散控制方式:按系统的性质和方式将系统控制分成几个模块,每一个模块各有不同的控制任务和控制策略,各模式之间可以是主从关系,也可以是平等关系。这种方式实时性好,易于实现高速、高精度控制,易于扩展,可实现智能控制,是目前流行的方式,其控制框图如图4所示。

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