工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)

1、 目 錄 第一章 工業(yè)機(jī)器人概論 第二章 工業(yè)機(jī)器人數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第三章 工業(yè)機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)第四章 工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)第五章 工業(yè)機(jī)器人感知系統(tǒng)第六章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)第七章 工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第1頁(yè)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 主要內(nèi)容 6.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成（掌握） 6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)（掌握） 6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器（了解）工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第2頁(yè)6.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成 工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包含臂部、腕部和手部，有機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大

2、多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有36個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有13個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)是按照輸入程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第3頁(yè)6.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)所要到達(dá)功效（1）記憶功效 存放作業(yè)次序、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度和與生產(chǎn)工藝相關(guān)信息。（2）示教功效 離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包含示教盒和導(dǎo)引示教兩種。（3）與外圍設(shè)備聯(lián)絡(luò)功效 輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同時(shí)接口。（4）坐標(biāo)設(shè)置功效 相關(guān)節(jié)、絕對(duì)、

3、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第4頁(yè)6.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)所要到達(dá)功效（5）人機(jī)接口 示教盒、操作面板、顯示器。（6）傳感器接口 位置檢測(cè)、視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等。（7）位置伺服功效 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)賠償?shù)取＃?）故障診療安全保護(hù)功效 運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下安全保護(hù)和故障自診療。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第5頁(yè)6.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成2.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)調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)。普通為微型機(jī)、

4、微處理器有32位、64位等，如飛躍系列CPU以及其它類型CPU。（2）示教盒 示教機(jī)器人工作軌跡和參數(shù)設(shè)定，以及全部些人機(jī)交互操作，擁有自己獨(dú)立CPU以及存放單元，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)指示燈組成，只完成基本功效操作。（4）硬盤和軟盤存放存 儲(chǔ)機(jī)器人工作程序外圍存放器。（5）數(shù)字和模擬量輸入輸出 各種狀態(tài)和控制命令輸入或輸出。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第6頁(yè)6.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成2.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)組成（6）打印機(jī)接口 統(tǒng)計(jì)需要輸出各種信息。（7）傳感器接口 用于信息自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器

5、人柔順控制，普通為力覺(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)器人和其它設(shè)備信息交換，普通有串行接口、并行接口等。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第7頁(yè)6.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成2.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)組成（11）網(wǎng)絡(luò)接口 1）Ethernet接口可經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)臺(tái)或單臺(tái)機(jī)器人直接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，經(jīng)過(guò)Ethernet接

6、口將數(shù)據(jù)及程序裝入各個(gè)機(jī)器人控制器中。 2）Fieldbus接口支持各種流行現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)格，如Device net、AB Remote I/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第8頁(yè)6.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成2.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第9頁(yè)6.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成3.ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第10頁(yè)6.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成3.ABB工業(yè)機(jī)器人

7、控制系統(tǒng)基本參數(shù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 性能控制硬件多處理器系統(tǒng)PCI總線Pentium CPU大容量U盤或硬盤應(yīng)對(duì)斷電能量務(wù)份USB存放接口控制軟件目標(biāo)化數(shù)據(jù)高級(jí)RAPID機(jī)器人語(yǔ)言編程便攜式、開(kāi)放式、可擴(kuò)容PC-DOS文件格式ROBOTWARE軟件產(chǎn)品預(yù)裝軟件，另有CD-ROM可供安裝電器連接電源電壓200-600V，50-60Hz一體化變壓器或直接電網(wǎng)連接物理數(shù)據(jù)控制模塊尺寸：625700700 重量：105Kg驅(qū)動(dòng)模塊尺寸：625700700 重量：145Kg使用環(huán)境環(huán)境溫度5-45 （41-25） 可選45環(huán)境相對(duì)濕度最大95%保護(hù)等級(jí)IP54安全達(dá)標(biāo)等級(jí)機(jī)器要

8、求 98/47/EC 附錄IIB EN60204 ISO10218 EN775ANSI/RIA 15.06/1999 ANSI/UL1740-1998(可選)用戶界面控制面板機(jī)箱或者遙控FLEXPENDANT示教器重 1.3Kg 圖形化彩色觸摸屏 操縱桿和急停裝置僅 8 個(gè)按鍵維護(hù)狀態(tài)顯示 LED自動(dòng)診療軟件恢復(fù)程序帶時(shí)間標(biāo)識(shí)信息統(tǒng)計(jì)安全性安全停頓和緊急停頓裝置帶監(jiān)督功效2 通道安全回路3 位開(kāi)啟裝置機(jī)器界面輸入和輸出最多 1024 個(gè)信號(hào)數(shù)字24V直流或繼電器信號(hào)模擬2010V，310V,1420mA串行通道1RS232/RS422網(wǎng)絡(luò)通道 2 條以太網(wǎng)服務(wù)器和 LAN現(xiàn)場(chǎng)總線掃描器Devi

9、ceNet, Interbus, ProfibusDP, DeviceNet 網(wǎng)關(guān)，Alllen-Bradley遠(yuǎn)程I/O, CC_Link.離散型I/O16進(jìn)16 出24V DC100mA過(guò)程編碼器過(guò)程接口最多 6 條通道，上臂預(yù)留通信與信息接口，控制器內(nèi)預(yù)留其它設(shè)備空間工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第11頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類（1）程序控制系統(tǒng) 一個(gè)自由度施加一定規(guī)律控制作用，機(jī)器人就可實(shí)現(xiàn)要求空間軌跡。（2）自適應(yīng)控制系統(tǒng) 界條件改變時(shí)，為確保所要求品質(zhì)或?yàn)榱税殡S經(jīng)驗(yàn)積累而自行改進(jìn)控制品質(zhì)，其過(guò)程是基于操作機(jī)狀態(tài)和伺服誤差觀察，再調(diào)整非線性模型參數(shù)，

10、一直到誤差消失為止。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時(shí)間和條件自動(dòng)改變。（3）人工智能系統(tǒng) 無(wú)法編制運(yùn)動(dòng)程序，而是要求在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中依據(jù)所取得周圍狀態(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：參見(jiàn)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng))工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第12頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類（4）點(diǎn)位式 機(jī)器人準(zhǔn)確控制末端執(zhí)行器位姿，而與路徑無(wú)關(guān)；（5）軌跡式 機(jī)器人按示教軌跡和速度運(yùn)動(dòng)。（6）控制總線 標(biāo)準(zhǔn)總線控制系統(tǒng)。采取國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線作為控制系統(tǒng)控制總線，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-b

11、us。（7）自定義總線控制系統(tǒng) 產(chǎn)廠家自行定義使用總線作為控制系統(tǒng)總線。（8）編程方式 設(shè)置編程系統(tǒng)由操作者設(shè)置固定限位開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)，停車程序操作，只能用于簡(jiǎn)單撿起和放置作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第13頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.1 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類（9）在線編程 經(jīng)過(guò)人示教來(lái)完成操作信息記憶過(guò)程編程方式，包含直接示教（即手把手示教）模擬示教和示教盒示教。（10）離線編程 不對(duì)實(shí)際作業(yè)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，經(jīng)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。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)

12、機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第14頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.2 工業(yè)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以下三類。 1.集中控制系統(tǒng)(Centralized Control System )用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功效，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但實(shí)時(shí)性差，難以擴(kuò)展，在早期機(jī)器人中常采取這種結(jié)構(gòu)?；赑C集中控制系統(tǒng)里，充分利用了PC資源開(kāi)放性特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)很好開(kāi)放性：各種控制卡，傳感器設(shè)備等都能夠經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)PCI插槽或經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串口、并口集成到控制系統(tǒng)中。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第15頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6

13、.2.2 工業(yè)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以下三類。 1.集中控制系統(tǒng)(Centralized Control System )集中式控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)是:硬件成本較低，便于信息采集和分析，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)控制，整體性與協(xié)調(diào)性很好，基于PC系統(tǒng)硬件擴(kuò)展較為方便。其缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn):系統(tǒng)控制缺乏靈活性，控制危險(xiǎn)輕易集中，一旦出現(xiàn)故障，其影響面廣，后果嚴(yán)重;因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人實(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(huì)降低系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)響應(yīng)能力也會(huì)與系統(tǒng)實(shí)時(shí)性相沖突；另外，系統(tǒng)連線復(fù)雜，會(huì)降低系統(tǒng)可靠性。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第16頁(yè)6

14、.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.2 工業(yè)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以下三類。2. 主從控制系統(tǒng)采用主、從兩級(jí)處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)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)全部關(guān)節(jié)動(dòng)作控制。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。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第17頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.2 工業(yè)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以下三類。3. 分散控制系統(tǒng)(Distribute Control System )按系統(tǒng)性質(zhì)

15、和方式將系統(tǒng)控制分成幾個(gè)模塊，每一個(gè)模塊各有不一樣控制任務(wù)和控制策略，各模式之間能夠是主從關(guān)系，也能夠是平等關(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，是當(dāng)前流行方式。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第18頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.2 工業(yè)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以下三類。3. 分散控制系統(tǒng)(Distribute Control System )主要思想是“分散控制，集中管理”，即系統(tǒng)對(duì)其總體目標(biāo)和任務(wù)能夠進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)和分配，并經(jīng)過(guò)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作來(lái)完成控制任務(wù)，整個(gè)系統(tǒng)在功效、邏輯和物

16、理等方面都是分散，所以DCS 系統(tǒng)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)是由控制器和不一樣被控對(duì)象或設(shè)備組成，各個(gè)子系統(tǒng)之間經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)等相互通訊。分布式控制結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)開(kāi)放、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確機(jī)器人控制系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)中常采取兩級(jí)控制方式。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第19頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.2 工業(yè)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以下三類。3. 分散控制系統(tǒng)(Distribute Control System )兩級(jí)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)能夠進(jìn)行不一樣軌跡規(guī)劃和控制算法，下位

17、機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)細(xì)分、控制優(yōu)化等研究和實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)和下位機(jī)經(jīng)過(guò)通訊總線相互協(xié)調(diào)工作，這里通訊總線能夠是RS-232、RS-485、EEE-488 以及USB 總線等形式?，F(xiàn)在，以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展為機(jī)器人提供了更加快速、穩(wěn)定、有效通訊服務(wù)。尤其是現(xiàn)場(chǎng)總線，它應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向多結(jié)點(diǎn)數(shù)字通信，從而形成了新型網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)FCS ( Filed bus Control System )。從系統(tǒng)論角度來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人作為工廠生產(chǎn)設(shè)備之一，也能夠歸納為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第20頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)

18、器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.2 工業(yè)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以下三類。3. 分散控制系統(tǒng)(Distribute Control System )分布式控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于：系統(tǒng)靈活性好，控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性降低，采取多處理器分散控制，有利于系統(tǒng)功效并行執(zhí)行，提升系統(tǒng)處理效率，縮短響應(yīng)時(shí)間。對(duì)于含有多自由度工業(yè)機(jī)器人而言，集中控制對(duì)各個(gè)控制軸之間藕合關(guān)系處理得很好，能夠很簡(jiǎn)單進(jìn)行賠償。不過(guò)，當(dāng)軸數(shù)量增加到使控制算法變得很復(fù)雜時(shí)，其控制性能會(huì)惡化。而且，當(dāng)系統(tǒng)中軸數(shù)量或控制算法變得很復(fù)雜時(shí)，可能會(huì)造成系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)。與之相比，分布式結(jié)構(gòu)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸都由一個(gè)控制器處理，這意味著，系統(tǒng)有

19、較少軸間禍合和較高系統(tǒng)重構(gòu)性。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第21頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.3 ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1. ABB機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第22頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.3 ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)2. ABB機(jī)器人主控制器特點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第23頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.3 ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)3. ABB機(jī)器人通信方式工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工

20、業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 完善通信功效是ABB機(jī)器人控制系統(tǒng)特點(diǎn)。其IRC5控制器PCI擴(kuò)展槽中能夠安裝幾乎任何常見(jiàn)類型現(xiàn)場(chǎng)總線板卡，包含滿足ODVA標(biāo)準(zhǔn)可使用眾多第三方裝置單信道DeviceNet，支持最高速率為12Mbps雙信道ProfibusDP以及可使用銅線和光纖接口雙信道Interbus。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第24頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.3 ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)4. ABB機(jī)器人模塊化工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 控制模塊作為IRC5心臟，自帶主計(jì)算機(jī)，能夠執(zhí)行高級(jí)控制算法，為多達(dá)36個(gè)伺服軸進(jìn)行MultiMove路徑計(jì)算，而且可指揮四個(gè)驅(qū)動(dòng)模

21、塊。控制模塊采取開(kāi)放式系統(tǒng)架構(gòu)，配置基于商用Intel主板和處理器工業(yè)PC機(jī)以及PCI總線。因?yàn)椴扇?biāo)準(zhǔn)組件，用戶無(wú)須擔(dān)心設(shè)備淘汰問(wèn)題，伴隨計(jì)算機(jī)處理技術(shù)進(jìn)步能隨時(shí)進(jìn)行設(shè)備升級(jí)。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第25頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.3 ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)5. ABB機(jī)器人可擴(kuò)展性工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第26頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.3 ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6. ABB機(jī)器人示教器工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第27頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2

22、.3 ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)7. ABB機(jī)器人基于PC操作工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第28頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.3 ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)8. ABB機(jī)器人虛擬機(jī)器人技術(shù)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第29頁(yè)6.2 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)6.2.3 ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)9. ABB機(jī)器人特色軟件包工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第30頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器工業(yè)機(jī)器人控制器可進(jìn)行多個(gè)任務(wù)操作，含有豐富網(wǎng)絡(luò)通信功效：RS-2

23、32、RS-485、以太網(wǎng)通信功效，機(jī)器人動(dòng)作與通信并行處理，無(wú)通信時(shí)間浪費(fèi)，生產(chǎn)效率愈加提升。6.3.1 工業(yè)機(jī)器人控制器功效（1）多任務(wù)功效（2）一臺(tái)機(jī)器人可進(jìn)行多個(gè)任務(wù)操作；（3）網(wǎng)絡(luò)功效（4）含有豐富網(wǎng)絡(luò)通信功效：RS-232、RS-485、以太網(wǎng)通信功效，機(jī)器人動(dòng)作與通信并行處理，無(wú)通信時(shí)間浪費(fèi)，生產(chǎn)效率愈加提升；（5）操作歷史統(tǒng)計(jì)功效工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第31頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器6.3.1 工業(yè)機(jī)器人控制器功效（6）可統(tǒng)計(jì)機(jī)器人工作情況，方便于機(jī)器人管理和維護(hù)；（7）海量存放（8）大容量存放器可存放更多程序和更多歷史使用信息；

24、（9）用戶接口豐富（10）含有鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器和USB接口，控制器可作為一臺(tái)電腦使用，方便用戶操作。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第32頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器6.3.2 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器從世界上第一臺(tái)遙控機(jī)械手誕生至今已經(jīng)有 50 年了，在這短短幾年里，伴伴隨計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制理論發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)需要及相關(guān)技術(shù)進(jìn)步，機(jī)器人發(fā)展已經(jīng)歷了 3 代： (1) 可編程示教再現(xiàn)型機(jī)器人；(2) 基于傳感器控制含有一定自主能力機(jī)器人；(3) 智能機(jī)器人。作為機(jī)器人關(guān)鍵部分，機(jī)器人控制器是影響機(jī)器人性能關(guān)鍵部分之一。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)

25、工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第33頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器6.3.2 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器機(jī)器人控制器是依據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)裝置，它是機(jī)器人心臟，決定了機(jī)器人性能優(yōu)劣。從機(jī)器人控制算法處理方式來(lái)看，可分為串行、并行兩種結(jié)構(gòu)類型。1. 串行處理結(jié)構(gòu)所謂串行處理結(jié)構(gòu)是指機(jī)器人控制算法是由串行機(jī)來(lái)處理。對(duì)于這種類型控制器，從計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、控制方式來(lái)劃分，又可分為以下幾個(gè)。（1）單CPU結(jié)構(gòu)、集中控制方式用一臺(tái)功效較強(qiáng)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功效。在早期機(jī)器人中，如Hero-I, Robot-I等，就采取這種結(jié)構(gòu)，但控制過(guò)程中需要許多計(jì)算（如坐標(biāo)變換），所以這種控制結(jié)構(gòu)速度較慢。

26、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第34頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器6.3.2 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器串行處理結(jié)構(gòu)（2）二級(jí)CPU結(jié)構(gòu)、主從式控制方式一級(jí)CPU為主機(jī)，擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)管理、機(jī)器人語(yǔ)言編譯和人機(jī)接口功效，同時(shí)也利用它運(yùn)算能力完成坐標(biāo)變換、軌跡插補(bǔ)，并定時(shí)地把運(yùn)算結(jié)果作為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)增量送到公用內(nèi)存，供二級(jí)CPU讀??；二級(jí)CPU完成全部關(guān)節(jié)位置數(shù)字控制。這類系統(tǒng)兩個(gè)CPU總線之間基本沒(méi)有聯(lián)絡(luò)，僅經(jīng)過(guò)公用內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，是一個(gè)松耦合關(guān)系。對(duì)采取更多CPU深入分散功效是很困難。日本于70年代生產(chǎn)Motoman機(jī)器人（5關(guān)節(jié)，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就屬于這種主從式結(jié)

27、構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第35頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器6.3.2 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器串行處理結(jié)構(gòu)（3）多CPU結(jié)構(gòu)、分布式控制方式當(dāng)前，普遍采取這種上、下位機(jī)二級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，上位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)管理以及運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、軌跡規(guī)劃等。下位機(jī)由多CPU組成，每個(gè)CPU控制一個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，這些CPU和主控機(jī)聯(lián)絡(luò)是經(jīng)過(guò)總線形式緊耦合。這種結(jié)構(gòu)控制器工作速度和控制性能顯著提升。但這些多CPU系統(tǒng)共有特征都是針對(duì)詳細(xì)問(wèn)題而采取功效分布式結(jié)構(gòu)，即每個(gè)處理器負(fù)擔(dān)固定任務(wù)。當(dāng)前世界上大多數(shù)商品化機(jī)器人控制器都是這種結(jié)構(gòu)。 控制器計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中位置控制部分，幾乎無(wú)例外

28、地采取數(shù)字式位置控制。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第36頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器6.3.2 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器2. 并行處理結(jié)構(gòu)（3）多CPU結(jié)構(gòu)、分布式控制方式并行處理技術(shù)是提升計(jì)算速度一個(gè)主要而有效伎倆，能滿足機(jī)器人控制實(shí)時(shí)性要求。從文件來(lái)看，關(guān)于機(jī)器人控制器并行處理技術(shù)，人們研究較多是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)并行算法及其實(shí)現(xiàn)。1982年J.Y.S.Luh首次提出機(jī)器人動(dòng)力學(xué)并行處理問(wèn)題，這是因?yàn)殛P(guān)節(jié)型機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程是一組非線性強(qiáng)耦合二階微分方程，計(jì)算十分復(fù)雜。提升機(jī)器人動(dòng)力學(xué)算法計(jì)算速度也為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法如：計(jì)算力矩法、非線性前饋法、自適應(yīng)控

29、制法等打下基礎(chǔ)。開(kāi)發(fā)并行算法路徑之一就是改造串行算法，使之并行化，然后將算法映射到并行結(jié)構(gòu)。普通有兩種方式，一是考慮給定并行處理器結(jié)構(gòu)，依據(jù)處理器結(jié)構(gòu)所支持計(jì)算模型，開(kāi)發(fā)算法并行性；二是首先開(kāi)發(fā)算法并行性，然后設(shè)計(jì)支持該算法并行處理器結(jié)構(gòu)，以到達(dá)最正確并行效率。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第37頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器6.3.2 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器2. 并行處理結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)并行處理結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)普通采取以下方式：（1）開(kāi)發(fā)機(jī)器人控制專用VLSI設(shè)計(jì)專用VLSI能充分利用機(jī)器人控制算法并行性，依靠芯片內(nèi)并行體系結(jié)構(gòu)易于處理機(jī)器人控制算法中大量

30、出現(xiàn)計(jì)算，能大大提升運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算速度。但因?yàn)樾酒且罁?jù)詳細(xì)算法來(lái)設(shè)計(jì)，當(dāng)算法改變時(shí)，芯片則不能使用，所以采取這種方式結(jié)構(gòu)控制器不通用，更不利于系統(tǒng)維護(hù)與開(kāi)發(fā)。（2）利用通用微處理器利用通用微處理器組成并行處理結(jié)構(gòu)，支持計(jì)算，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制策略在線實(shí)時(shí)計(jì)算。如文件中設(shè)計(jì)系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第38頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器6.3.2 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器3. 機(jī)器人控制器存在問(wèn)題綜合起來(lái)，現(xiàn)有機(jī)器人控制器存在很多問(wèn)題，如：（1）開(kāi)放性差局限于“專用計(jì)算機(jī)、專用機(jī)器人語(yǔ)言、專用微處理器”封閉式結(jié)構(gòu)。封閉控制器結(jié)構(gòu)使其含有特定功效、適應(yīng)于

31、特定環(huán)境，不便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)。（2）軟件獨(dú)立性差軟件結(jié)構(gòu)及其邏輯結(jié)構(gòu)依賴于處理器硬件，難以在不一樣系統(tǒng)間移植。（3）容錯(cuò)性差因?yàn)椴⑿杏?jì)算中數(shù)據(jù)相關(guān)性、通訊及同時(shí)等內(nèi)在特點(diǎn)，控制器容錯(cuò)性能變差，其中一個(gè)處理器出故障可能造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第39頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器3. 機(jī)器人控制器存在問(wèn)題（4）擴(kuò)展性差當(dāng)前，機(jī)器人控制器研究著重于從關(guān)節(jié)這一級(jí)來(lái)改進(jìn)和提升系統(tǒng)性能。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)封閉性，難以依據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，如增加傳感器控制等功效模塊。（5）缺乏網(wǎng)絡(luò)功效現(xiàn)在幾乎全部機(jī)器人控制器都沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)功效?？偲饋?lái)看，前面提到不論串

32、行結(jié)構(gòu)還是并行結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制器都不是開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，不論從軟件還是硬件都難以擴(kuò)充和更改。比如，商品化Motoman機(jī)器人控制器是不開(kāi)放，用戶難以依據(jù)自己需要對(duì)其修改、擴(kuò)充功效，通常做法是對(duì)其詳細(xì)解剖分析，然后對(duì)其改造。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第40頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器4. 機(jī)器人控制器展望針對(duì)結(jié)構(gòu)封閉機(jī)器人控制器缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)“含有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人控制器”是當(dāng)前機(jī)器人控制器一個(gè)發(fā)展方向。近幾年，日本、美國(guó)和歐洲一些國(guó)家都在開(kāi)發(fā)含有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制器，如日本安川企業(yè)基于PC開(kāi)發(fā)含有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)功效機(jī)器人控制器。我國(guó)863計(jì)劃智能機(jī)器人主題也已對(duì)這方面研究立項(xiàng)。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)第6章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng) 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)第41頁(yè)6.3 工業(yè)機(jī)器人慣用控制器4. 機(jī)器人控制器展望開(kāi)放式結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制器是指：控制器設(shè)計(jì)各個(gè)層次對(duì)用戶開(kāi)放，用戶能夠方便擴(kuò)展和改進(jìn)其性能。其主要思想是：（1）利用基于非封閉式計(jì)算機(jī)平臺(tái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，如Sun, SGI, PCs.有效利用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)平臺(tái)軟、硬件資源為控制器擴(kuò)展創(chuàng)造條件。（2）利用標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，如Unix、Vxwor