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解讀工業(yè)機器人的大腦:控制系統(tǒng)基礎

更新時間:2023-06-14   點擊次數:1837
  如果工業(yè)機器人只有主體和驅動器,機械臂是不能正常工作。原因是傳感器輸出的信號沒有起作用,驅動電動機也得不到驅動電壓和電流,所以機器人需要有一個控制器,用硬件坨和軟件組成一個的控制系統(tǒng),故控制器有“工業(yè)機器人大腦”一稱,那么今天我們就來一起了解工業(yè)機器人的“大腦”:控制系統(tǒng)。
 
  一、什么是機器人控制系統(tǒng)
 
  機器人控制系統(tǒng)是機器人的大腦,是決定機器人功能和性能的主要因素。工業(yè)機器人控制技術的主要任務就是控制工業(yè)機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動作的時間等。具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點。
 
  二、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的組成
 
  1、控制計算機:控制系統(tǒng)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(tài)指示燈構成,只完成基本功能操作。
 
  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(tài)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(jié)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PC通信,數據傳輸速率高達10Mbit/s,可直接在PC上用windows庫函數進行應用程序編程之后,支持TCP/IP通信協(xié)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(guī)格,如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。
 
  三、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)分類
 
  1、程序控制系統(tǒng):給每一個自由度施加一定規(guī)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(tǒng):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,其過程是基于操作機的狀態(tài)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(tǒng)的結構和參數能隨時間和條件自動改變。
 
  3、人工智能系統(tǒng):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(tài)信息,實時確定控制作用。
 
  4、點位式:要求機器人準確控制末端執(zhí)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(tǒng)。采用國際標準總線作為控制系統(tǒng)的控制總線,如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。
 
  7、自定義總線控制系統(tǒng):由生產廠家自行定義使用的總線作為控制系統(tǒng)總線。
 
  8、編程方式:物理設置編程系統(tǒng)。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(yè)。
 
  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,包括直接示教模擬示教和示教盒示教。
 
  10、離線編程:不對實際作業(yè)的機器人直接示教,而是脫離實際作業(yè)環(huán)境,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(yè)軌跡。
 
  四、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)所要達到的功能
 
  機器人控制系統(tǒng)是機器人的重要組成部分,用于對操作機的控制,以完成特定的工作任務,其基本功能如下:
 
  1、記憶功能:存儲作業(yè)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引示教兩種。
 
  3、與外圍設備聯(lián)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(jié)、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(lián)動、運動控制、速度和加速度控制、動態(tài)補償等。
 
  8、故障診斷安全保護功能:運行時系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護和故障自診斷。
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