工業(yè)機(jī)器人控制的功能、組成和分類

1. 對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的一般要求

機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，用于對(duì)操作機(jī)的控制，以完成特定的工作任務(wù)，其基本功能如下：

·記憶功能：存儲(chǔ)作業(yè)順序、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。

·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。

·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。

·坐標(biāo)設(shè)置功能：有關(guān)節(jié)、絕對(duì)、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。

·人機(jī)接口：示教盒、操作面板、顯示屏。

·傳感器接口：位置檢測(cè)、視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等。

·位置伺服功能：機(jī)器人多軸聯(lián)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制、速度和加速度控制、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取?/p>

·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。

2.機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成(圖1)

(1)控制計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)。一般為微型機(jī)、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(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(chǔ)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(chǔ)存 儲(chǔ)機(jī)器人工作程序的外圍存儲(chǔ)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(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制，一般為力覺(jué)、觸覺(jué)和視覺(jué)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(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)臺(tái)或單臺(tái)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(kù)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(guò)Ethernet接口將數(shù)據(jù)及程序裝入各個(gè)機(jī)器人控制器中。

2)Fieldbus接口：支持多種流行的現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)格，如Device net、AB Remote I/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。

3.機(jī)器人控制系統(tǒng)分類

·程序控制系統(tǒng)：給每一個(gè)自由度施加一定規(guī)律的控制作用，機(jī)器人就可實(shí)現(xiàn)要求的空間軌跡。

·自適應(yīng)控制系統(tǒng)：當(dāng)外界條件變化時(shí)，為保證所要求的品質(zhì)或?yàn)榱穗S著經(jīng)驗(yàn)的積累而自行改善控制品質(zhì)，其過(guò)程是基于操作機(jī)的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再調(diào)整非線性模型的參數(shù)，一直到誤差消失為止。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時(shí)間和條件自動(dòng)改變。

人工智能系統(tǒng)：事先無(wú)法編制運(yùn)動(dòng)程序，而是要求在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中根據(jù)所獲得的周圍狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)確定控制作用。

驅(qū)動(dòng)方式：參見(jiàn)工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

運(yùn)動(dòng)方式：

·點(diǎn)位式。要求機(jī)器人準(zhǔn)確控制末端執(zhí)行器的位姿，而與路徑無(wú)關(guān);

·軌跡式。要求機(jī)器人按示教的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)。

控制總線：

·國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線控制系統(tǒng)。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線作為控制系統(tǒng)的控制總線，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。

·自定義總線控制系統(tǒng)。由生產(chǎn)廠家自行定義使用的總線作為控制系統(tǒng)總線。

編程方式：

·物理設(shè)置編程系統(tǒng)。由操作者設(shè)置固定的限位開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)，停車的程序操作，只能用于簡(jiǎn)單的拾起和放置作業(yè)。

·在線編程。通過(guò)人的示教來(lái)完成操作信息的記憶過(guò)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。

·離線編程。不對(duì)實(shí)際作業(yè)的機(jī)器人直接示教，而是脫離實(shí)際作業(yè)環(huán)境，生成示教程序，通過(guò)使用高級(jí)機(jī)器人，編程語(yǔ)言，遠(yuǎn)程式離線生成機(jī)器人作業(yè)軌跡。

4.機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為三類。

·集中控制方式：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但實(shí)時(shí)性差，難以擴(kuò)展，其構(gòu)成框圖如圖2所示。

·主從控制方式：采用主、從兩級(jí)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(dòng)作控制。其構(gòu)成框圖如圖3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(gè)模塊，每一個(gè)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4所示。