《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ) 》課件-第六章 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)智能制造學(xué)院復(fù)習(xí)內(nèi)容：工業(yè)機(jī)器人由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。感知系統(tǒng)感知系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的“感知器官”，類(lèi)似人的五官，負(fù)責(zé)檢測(cè)和收集機(jī)器人自身狀態(tài)信息（機(jī)器人的位置、姿態(tài)、速度等信息）和周?chē)h(huán)境信息（物體位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、距離等），轉(zhuǎn)換成可處理的數(shù)據(jù)反饋給控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的“大腦”，負(fù)責(zé)接收感知系統(tǒng)的信息，根據(jù)預(yù)設(shè)的程序和算法，對(duì)信息進(jìn)行處理，通過(guò)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，如運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作時(shí)間等。機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，決定了機(jī)器人的外形及基本運(yùn)動(dòng)形態(tài)。機(jī)械部分通常由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)座、腰部、臂部、腕部、末端執(zhí)行器組成，有的工業(yè)機(jī)器人還具備行走系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力來(lái)源，負(fù)責(zé)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令驅(qū)動(dòng)機(jī)械部分運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)指定操作。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常由驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置等組成，通常采用電氣、液壓、氣壓驅(qū)動(dòng)方式或是幾種方式的結(jié)合，根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的驅(qū)動(dòng)方式。復(fù)習(xí)內(nèi)容：第六章工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)目錄CONTENTS

6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)功能及組成6.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類(lèi)和結(jié)構(gòu)

6.3工業(yè)機(jī)器人控制器

6.4工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)控制方法

6.5工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)6.6工業(yè)機(jī)器人典型控制系統(tǒng)應(yīng)用

6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)功能及組成01PART

ONE

6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)功能及組成工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的大腦和神經(jīng)中樞，負(fù)責(zé)接收外部指令、處理數(shù)據(jù)、發(fā)出控制信號(hào)，確保機(jī)器人能夠按照預(yù)設(shè)的程序或?qū)崟r(shí)指令進(jìn)行精確、高效的操作。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)如圖6-1所示，結(jié)合了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制理論以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，為工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)、感知、決策和交互提供了強(qiáng)大的支撐。

6.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)功能及組成工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要是對(duì)工業(yè)機(jī)器人工作過(guò)程中動(dòng)作的順序、應(yīng)到達(dá)的位置及姿勢(shì)、路徑軌跡及規(guī)劃、動(dòng)作時(shí)間間隔及末端執(zhí)行器施加在被作用物上的力和力矩等進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人研究領(lǐng)域中的核心問(wèn)題之一。工業(yè)機(jī)器人的控制與其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)有著密不可分的關(guān)系，因而要使工業(yè)機(jī)器人的臂、腕及末端執(zhí)行器等部位在空間具有準(zhǔn)確無(wú)誤的位置和姿勢(shì)，就必須要在不同的坐標(biāo)系中進(jìn)行準(zhǔn)確描述。并且隨著基準(zhǔn)坐標(biāo)系不同而要做適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，同時(shí)要經(jīng)常求解運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。6.1.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)特點(diǎn)描述工業(yè)機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非線性模型，隨著工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及環(huán)境而變化。又因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人往往具有多個(gè)自由度，所以會(huì)引起其運(yùn)動(dòng)變化的變量不止一個(gè)，而且各個(gè)變量之間一般都存在耦合問(wèn)題。這就使得工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)不僅是一個(gè)非線性系統(tǒng)，而且是一個(gè)多變量系統(tǒng)。對(duì)工業(yè)機(jī)器人的任一位置和姿勢(shì)都可以通過(guò)不同的方式和路徑到達(dá)，因而工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)還需要解決控制算法優(yōu)化問(wèn)題。

6.1.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和操作的關(guān)鍵部分，具有多種主要功能，包括示教在線、運(yùn)動(dòng)控制、程序控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障診斷等多種控制功能。示教再現(xiàn)功能示教包括離線編程、在線示教和間接示教。在線示教又可以分為示教盒示教和導(dǎo)引示教兩種。離線編程是指操作者在編程軟件里構(gòu)建整個(gè)機(jī)器人工作應(yīng)用場(chǎng)景的三維虛擬環(huán)境，然后根據(jù)加工工藝等相關(guān)需求，進(jìn)行一系列操作，自動(dòng)生成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，即控制指令，然后在軟件中仿真與調(diào)整軌跡，最后生成機(jī)器人執(zhí)行程序傳輸給機(jī)器人。示教編程是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，它是目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人的編程方式。采用這種方法，程序編制是在機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的。間接示教編程：利用裝在示教盒上的按鈕驅(qū)動(dòng)機(jī)器人按需要的順序進(jìn)行操作。機(jī)器人每一個(gè)關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)著示教盒上的一對(duì)按鈕，以分別控制該關(guān)節(jié)正反方向的運(yùn)動(dòng)。是目前廣泛使用的一種示教編程方式。操作人員通過(guò)示教器或示教手柄引導(dǎo)末端執(zhí)行器進(jìn)行示教，將動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)速度、位置等信息以某種方式預(yù)先教給工業(yè)機(jī)器人?？刂葡到y(tǒng)將這些操作過(guò)程自動(dòng)記錄在存儲(chǔ)器中。當(dāng)需要再現(xiàn)這些操作時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)重放存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的精確復(fù)現(xiàn)。

6.1.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能運(yùn)動(dòng)控制功能該功能主要關(guān)注工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的過(guò)程中，各關(guān)節(jié)的位姿、速度、加速度等項(xiàng)目的精確控制。這包括對(duì)機(jī)器人各軸的速度、加速度、位置等參數(shù)的控制，以確保機(jī)器人按照預(yù)定的軌跡和速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。程序控制功能控制系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)先編寫(xiě)的程序，控制工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和操作。這些程序可以指定機(jī)器人的動(dòng)作、路徑、速度、力度等，以實(shí)現(xiàn)特定的任務(wù)和目標(biāo)。例1：MoveJ

p10,v1000,z50,tool0;

//MoveJ工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，p10工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器需要到達(dá)的目的地位置，v1000工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)的線性速度，z50工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行到轉(zhuǎn)彎區(qū)時(shí)規(guī)定尺寸，tool0工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)所處的工具坐標(biāo)系；例2：MoveLTarget_10,v1000,z100,tool0\WObj:=wobj0;//MoveL工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行的線性運(yùn)動(dòng)，Target_10工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器需要到大的目的地位置，v1000工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)的線性速度，z100工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行到轉(zhuǎn)彎區(qū)時(shí)規(guī)定尺寸，tool0\WObj:=wobj0工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)所處的工具坐標(biāo)系\工件坐標(biāo)系

；

6.1.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能記憶功能：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。實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障診斷控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控工業(yè)機(jī)器人的故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障自診斷，確保工業(yè)機(jī)器人的安全穩(wěn)定運(yùn)行。包括各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等參數(shù)，以及機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)和工作環(huán)境。同時(shí)，控制系統(tǒng)還能夠進(jìn)行故障診斷和處理，當(dāng)機(jī)器人出現(xiàn)故障或異常時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理。運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能非常全面和復(fù)雜，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的精確控制、高效操作和穩(wěn)定運(yùn)行，為工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)提供重要的支持和保障。與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：通過(guò)輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口等方式與外圍設(shè)備建立聯(lián)系。

6.1.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能坐標(biāo)設(shè)置功能：提供大地坐標(biāo)系、基座標(biāo)系、工具坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系，四種坐標(biāo)系供選擇。人機(jī)接口：通過(guò)示教盒、操作面板、顯示屏等人機(jī)接口設(shè)備，方便操作人員進(jìn)行機(jī)器人的控制和監(jiān)控。傳感器接口：提供位置檢測(cè)、視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)等傳感器接口，用于獲取工業(yè)機(jī)器人的實(shí)時(shí)狀態(tài)和外部環(huán)境的信息。位置伺服功能：實(shí)現(xiàn)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)裙δ堋９I(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能涵蓋了從基本的運(yùn)動(dòng)控制到高級(jí)的人機(jī)交互、故障診斷和安全保護(hù)等多個(gè)方面，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的高效、穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

6.1.3工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成圖6-2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)由硬件控制系統(tǒng)、軟件控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)三部分組成。其中硬件系統(tǒng)中最重要的控制部件有控制器及運(yùn)動(dòng)控制器等部分組成，軟件系統(tǒng)中最重要的部分包括行業(yè)特定軟件、控制系統(tǒng)控制方法等部分，如圖6-2所示。6.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類(lèi)和結(jié)構(gòu)02PART

TWO

6.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類(lèi)和結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大體可以概括為：集中控制系統(tǒng)、主從控制系統(tǒng)和分散控制系統(tǒng)三類(lèi)。集中控制的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)如圖6-3所示，是一種將全部控制功能集成在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，因此在早期的機(jī)器人中常被采用。6.2.1集中控制系統(tǒng)(CentralizedControlSystem)及結(jié)構(gòu)圖6-3集中控制工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.2.1集中控制系統(tǒng)(CentralizedControlSystem)及結(jié)構(gòu)基于PC的集中控制系統(tǒng)充分利用了PC資源的開(kāi)放性特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)良好的開(kāi)放性。多種控制卡、傳感器設(shè)備等都可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)PCI插槽或通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串口、并口集成到控制系統(tǒng)中，這使得系統(tǒng)的硬件擴(kuò)展相對(duì)方便。此外，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)便于信息的采集和分析，有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，且整體性和協(xié)調(diào)性較好。然而，集中控制的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)也存在一些顯著的缺點(diǎn)。首先，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性較差。當(dāng)系統(tǒng)需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，會(huì)降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，影響系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)的響應(yīng)能力。其次，系統(tǒng)的控制靈活性較低，控制危險(xiǎn)容易集中。一旦出現(xiàn)故障，其影響面廣泛，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。此外，由于系統(tǒng)連線復(fù)雜，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。因此，在選擇集中控制的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)時(shí)，需要綜合考慮其優(yōu)缺點(diǎn)，并根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求做出決策。在需要高精度、高速度控制的場(chǎng)景下，或者對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和擴(kuò)展性有較高要求的情況下，需要考慮其他類(lèi)型的控制系統(tǒng)，如主從控制系統(tǒng)或基于PLC的控制系統(tǒng)等。

6.2.2主從控制的控制系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)圖6-4主從控制工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主從控制工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)如圖6-4所示，是一種采用主、從兩級(jí)處理器實(shí)現(xiàn)全部控制功能的系統(tǒng)。主處理器，也被稱(chēng)為主CPU，主要負(fù)責(zé)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等功能。它相當(dāng)于大腦，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃和決策。而從處理器，即從CPU，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動(dòng)作控制。這相當(dāng)于執(zhí)行器，負(fù)責(zé)根據(jù)主CPU的指令，驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行精確的動(dòng)作。

6.2.2主從控制的控制系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)主從控制方式的優(yōu)點(diǎn)：主處理器可以專(zhuān)注于全局的、復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，而從處理器則可以專(zhuān)注于快速、精確的動(dòng)作控制，從而實(shí)現(xiàn)功能上的分解和任務(wù)上的并行處理。這種結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較好，特別適合于需要高精度、高速度控制的場(chǎng)景。然而，主從控制方式的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。由于其系統(tǒng)擴(kuò)展性較差，一旦需要增加新的控制功能或者擴(kuò)大系統(tǒng)的規(guī)模，就可能會(huì)面臨很大的困難。此外，維修和調(diào)試也相對(duì)復(fù)雜，因?yàn)閮杉?jí)處理器的設(shè)計(jì)和調(diào)試需要較高的技術(shù)水平。

6.2.3分散控制的控制系統(tǒng)(DistributeControlSystem)及結(jié)構(gòu)分散控制的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-5所示，是一種將系統(tǒng)的控制任務(wù)劃分為多個(gè)獨(dú)立但又相互協(xié)作的控制模塊的系統(tǒng)。每一個(gè)控制模塊都有各自的控制任務(wù)和控制策略，這些模塊之間可以是主從關(guān)系，也可以是平等關(guān)系。圖6-5分散控制工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分散控制系統(tǒng)的主要思想是“分散控制，集中管理”。系統(tǒng)對(duì)其總體目標(biāo)和任務(wù)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)和分配，通過(guò)各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作來(lái)完成控制任務(wù)。每個(gè)子系統(tǒng)由控制器和不同的被控對(duì)象或設(shè)備構(gòu)成，它們之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等通信方式進(jìn)行信息交換和協(xié)作。

6.2.3分散控制的控制系統(tǒng)(DistributeControlSystem)及結(jié)構(gòu)分散控制方式的優(yōu)點(diǎn)在于：1.實(shí)時(shí)性好：由于每個(gè)控制模塊獨(dú)立工作，可以更快地響應(yīng)各種控制需求，適合于需要高速、高精度控制的場(chǎng)景。2.易于擴(kuò)展：系統(tǒng)可以根據(jù)需要增加或減少控制模塊，使得系統(tǒng)具有較高的可擴(kuò)展性。3.可實(shí)現(xiàn)智能控制：每個(gè)控制模塊可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行智能決策和調(diào)整，提高系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。但分散控制系統(tǒng)下的控制方式也存在一些缺陷：1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的復(fù)雜性增加：由于有多個(gè)控制模塊，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試會(huì)變得更加復(fù)雜。2.通信和同步問(wèn)題：各個(gè)控制模塊之間需要進(jìn)行通信和同步，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。3.成本和硬件資源的考慮：雖然分散控制方式可以提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，但也增加了系統(tǒng)的成本和硬件資源需求。因此，在不考慮成本的情況下，且需要高速、高精度控制并對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性有較高要求的場(chǎng)景下，分散控制方式是一個(gè)非常合適的選擇。6.3工業(yè)機(jī)器人控制器03PART

THREE6.3.1工業(yè)機(jī)器人控制器的主要功能工業(yè)機(jī)器人控制器是工業(yè)機(jī)器人的核心組成部分之一，它負(fù)責(zé)接收和處理來(lái)自各種傳感器的信息，以及向機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制指令，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確運(yùn)動(dòng)和操作。1.控制機(jī)械臂末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)、速度和加速度，以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡控制和作業(yè)執(zhí)行。2.控制機(jī)械臂中各動(dòng)力關(guān)節(jié)的輸出轉(zhuǎn)矩，以確保機(jī)器人對(duì)操作對(duì)象施加適當(dāng)?shù)淖饔昧Α?.實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，使得機(jī)器人可以通過(guò)記憶和再現(xiàn)來(lái)完成規(guī)定的任務(wù)。4.感知外部環(huán)境的變化，例如通過(guò)視覺(jué)、力覺(jué)、觸覺(jué)等傳感器進(jìn)行測(cè)量、識(shí)別和判斷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)條件的適應(yīng)和調(diào)整。工業(yè)機(jī)器人控制器是機(jī)器人系統(tǒng)的核心組成部分之一，其性能和控制精度直接影響到機(jī)器人的作業(yè)質(zhì)量和效率。因此，在選擇工業(yè)機(jī)器人控制器時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求來(lái)選擇合適的類(lèi)型和配置。6.3.2工業(yè)機(jī)器人控制器常見(jiàn)類(lèi)型根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，工業(yè)機(jī)器人控制器可以分為基于PLC可編程控制器、基于特定功能的專(zhuān)用控制器和通用型運(yùn)動(dòng)控制器三種類(lèi)型：PLC（可編程邏輯控制器）控制器如圖6-6所示：PLC控制器是工業(yè)機(jī)器人控制器中常見(jiàn)的一種，它采用梯形圖或類(lèi)似于高級(jí)語(yǔ)言的編程方式進(jìn)行控制程序的編寫(xiě)。PLC控制器的優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、維護(hù)方便，且成本相對(duì)較低。圖6-6工業(yè)機(jī)器人PLC控制器6.3.2工業(yè)機(jī)器人控制器常見(jiàn)類(lèi)型根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，工業(yè)機(jī)器人控制器可以分為基于PLC可編程控制器、基于特定功能的專(zhuān)用控制器和通用型運(yùn)動(dòng)控制器三種類(lèi)型：專(zhuān)用控制器如圖6-7所示：各品牌工業(yè)機(jī)器人為特定機(jī)型或應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)的專(zhuān)用控制器，它可能采用專(zhuān)用的芯片、算法或軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的控制性能。專(zhuān)用控制器通常具有較高的集成度和優(yōu)化程度，可以實(shí)現(xiàn)更快速、更精確的控制。圖6-7移動(dòng)機(jī)器人專(zhuān)用控制器6.3.2工業(yè)機(jī)器人控制器常見(jiàn)類(lèi)型根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，工業(yè)機(jī)器人控制器可以分為基于PLC可編程控制器、基于特定功能的專(zhuān)用控制器和通用型運(yùn)動(dòng)控制器三種類(lèi)型：基于PC的控制器：基于PC的控制器如圖6-8所示，又稱(chēng)通用型運(yùn)動(dòng)控制器或運(yùn)動(dòng)控制卡，利用通用的計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制功能。這種控制器具有開(kāi)放性好、擴(kuò)展性強(qiáng)、易于編程和調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，因此在一些高端或復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)中得到應(yīng)用。圖6-8通用型運(yùn)動(dòng)控制器6.3.3工業(yè)機(jī)器人控制器存在的問(wèn)題工業(yè)機(jī)器人控制器作為機(jī)器人的核心組件，雖然在過(guò)去的幾十年中取得了顯著的發(fā)展，但仍存在一些有待解決的問(wèn)題。這些問(wèn)題限制了機(jī)器人的性能、應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)份額的擴(kuò)大。以下是現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人控制器面臨的主要問(wèn)題：精度和穩(wěn)定性不足：許多工業(yè)機(jī)器人控制器在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境中的精度和穩(wěn)定性仍有所欠缺，導(dǎo)致機(jī)器人在執(zhí)行高精度任務(wù)時(shí)表現(xiàn)不佳?？刂破髟陂L(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或連續(xù)作業(yè)中，會(huì)出現(xiàn)性能下降、誤差累積等問(wèn)題，影響機(jī)器人的穩(wěn)定性和可靠性。編程和集成難度大：大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人的編程和集成過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)的編程和調(diào)試技能，增加了使用和維護(hù)的難度?？刂破鞯拈_(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)化程度不夠，導(dǎo)致與不同硬件和軟件平臺(tái)的集成困難。實(shí)時(shí)響應(yīng)能力不足：在一些需要快速響應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景中，如裝配線上的高速抓取，現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人控制器的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力往往不足?？刂破鞯奶幚硭俣群退惴ㄐ视写岣?，才能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的實(shí)時(shí)控制需求。6.3.3工業(yè)機(jī)器人控制器存在的問(wèn)題缺乏靈活性和適應(yīng)性：當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人控制器通常針對(duì)特定任務(wù)或場(chǎng)景進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，缺乏對(duì)不同環(huán)境和任務(wù)的靈活適應(yīng)能力?？刂破鞯能浖軜?gòu)和算法需要更加靈活，以適應(yīng)不斷變化的作業(yè)需求和外部環(huán)境。安全性與可靠性問(wèn)題：工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)對(duì)操作人員或環(huán)境造成安全隱患，現(xiàn)有控制器在安全性方面仍有待加強(qiáng)。控制器的可靠性和穩(wěn)定性也需要進(jìn)一步提高，以減少故障和停機(jī)時(shí)間，確保生產(chǎn)線的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。維護(hù)和升級(jí)成本高：當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人控制器的維護(hù)和升級(jí)成本較高，增加了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本和時(shí)間成本?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程需要更加標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，以降低維護(hù)和升級(jí)的難度和成本。6.3.3工業(yè)機(jī)器人控制器存在的問(wèn)題缺乏智能化和自學(xué)習(xí)能力：隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人控制器在智能化和自學(xué)習(xí)能力方面仍有很大的提升空間。通過(guò)引入機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等算法，控制器可以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的自適應(yīng)控制和自主決策能力，提高機(jī)器人的作業(yè)效率和智能化水平?，F(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人控制器在精度和穩(wěn)定性、編程和集成難度、實(shí)時(shí)響應(yīng)能力、靈活性和適應(yīng)性、安全性與可靠性、維護(hù)和升級(jí)成本以及智能化和自學(xué)習(xí)能力等方面仍存在諸多問(wèn)題。為了推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，需要針對(duì)這些問(wèn)題不斷的進(jìn)行深入研究和改進(jìn)。6.3.4新型機(jī)器人控制器應(yīng)有以下特色新型的工業(yè)機(jī)器人控制器應(yīng)該具備以下特色：開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：這種結(jié)構(gòu)允許用戶(hù)根據(jù)特定需求進(jìn)行定制，提高系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。合理的模塊化設(shè)計(jì)：這種設(shè)計(jì)可以根據(jù)系統(tǒng)要求和電氣特性進(jìn)行，不僅方便安裝和維護(hù)，而且可以提高系統(tǒng)的可靠性，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。有效的任務(wù)劃分：機(jī)器人控制器的不同子任務(wù)應(yīng)該由不同的功能模塊實(shí)現(xiàn)，這有利于修改、添加和配置功能，提高系統(tǒng)的效率和靈活性。實(shí)時(shí)性、多任務(wù)要求：機(jī)器人控制器必須能在確定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)外部中斷的處理，并可以使多個(gè)任務(wù)同時(shí)進(jìn)行，以滿(mǎn)足機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)時(shí)性和多任務(wù)需求。6.3.4新型機(jī)器人控制器應(yīng)有以下特色網(wǎng)絡(luò)通信功能：網(wǎng)絡(luò)通信功能可以幫助實(shí)現(xiàn)資源共享或多臺(tái)機(jī)器人協(xié)同工作，提高機(jī)器人的工作效率和應(yīng)用范圍。形象直觀的人機(jī)接口：人機(jī)接口應(yīng)該設(shè)計(jì)得直觀易用，方便用戶(hù)進(jìn)行操作和監(jiān)控，同時(shí)也應(yīng)該能夠方便地?cái)U(kuò)充功能，使其適用于不同類(lèi)型的機(jī)器人或機(jī)器人化自動(dòng)生產(chǎn)線。運(yùn)動(dòng)控制板及運(yùn)動(dòng)控制器：新型機(jī)器人控制器還應(yīng)具備高效、精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制能力和穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)控制器，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確運(yùn)動(dòng)和高性能表現(xiàn)。新型的機(jī)器人控制器具備開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、合理的模塊化設(shè)計(jì)、有效的任務(wù)劃分、實(shí)時(shí)性多任務(wù)要求、網(wǎng)絡(luò)通信功能、形象直觀的人機(jī)接口以及運(yùn)動(dòng)控制板及運(yùn)動(dòng)控制器等特色，以滿(mǎn)足現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用需求。6.4工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)控制方法04PART

FOUR

6.4工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)控制方法工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，是一個(gè)多變量非線性耦合系統(tǒng)，其控制策略并沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的控制方法，因此機(jī)器人的各控制參數(shù)相互耦合，并且機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)參數(shù)會(huì)隨著機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)而不斷變化，將工業(yè)機(jī)器人的控制算法分為經(jīng)典控制方法和現(xiàn)代控制算法兩大類(lèi)。工業(yè)機(jī)器人的經(jīng)典控制方法包括有點(diǎn)位控制、路徑控制、力/力矩和視覺(jué)導(dǎo)引控制四種類(lèi)型。點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制是工業(yè)機(jī)器人控制中最基本且最常用的一種方法。在這種控制模式下，機(jī)器人需要按照預(yù)定的點(diǎn)位序列進(jìn)行精確移動(dòng)，每個(gè)點(diǎn)位都對(duì)應(yīng)著機(jī)器人末端執(zhí)行器在空間中的特定位置和姿態(tài)。點(diǎn)位控制主要關(guān)注位置精度和重復(fù)定位精度，對(duì)于速度和加速度的控制要求相對(duì)較低。常見(jiàn)的點(diǎn)位控制算法包括插補(bǔ)算法和脈沖控制算法。路徑控制路徑控制要求機(jī)器人按照預(yù)定的路徑進(jìn)行連續(xù)移動(dòng)，而不僅僅是到達(dá)預(yù)定的點(diǎn)位。在這種控制模式下，機(jī)器人需要按照預(yù)定的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，軌跡可以是直線、圓弧等幾何形狀，也可以是復(fù)雜的空間曲線。路徑控制需要同時(shí)考慮位置、速度和加速度等多個(gè)因素，以確保機(jī)器人能夠按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行精確移動(dòng)。常見(jiàn)的路徑控制算法包括樣條插值算法和B樣條曲線算法。

6.4.1工業(yè)機(jī)器人經(jīng)典控制方法

6.4.1工業(yè)機(jī)器人經(jīng)典控制方法工業(yè)機(jī)器人的經(jīng)典控制方法包括有點(diǎn)位控制、路徑控制、力/力矩和視覺(jué)導(dǎo)引控制四種類(lèi)型。力/力矩控制力/力矩控制是一種更加高級(jí)的控制方法，它要求機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠根據(jù)外部環(huán)境的變化實(shí)時(shí)調(diào)整自身的力或力矩輸出。這種控制方法主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的柔順操作和精確裝配等任務(wù)。在力/力矩控制下，機(jī)器人需要通過(guò)力傳感器或力矩傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身與環(huán)境之間的相互作用力，并根據(jù)這些信息進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。常見(jiàn)的力/力矩控制算法包括阻抗控制算法和力位混合控制算法。視覺(jué)導(dǎo)引控制視覺(jué)導(dǎo)引控制是一種基于視覺(jué)感知的控制方法，它通過(guò)安裝在機(jī)器人上的攝像頭或視覺(jué)傳感器來(lái)獲取環(huán)境信息，并根據(jù)這些信息進(jìn)行路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制。視覺(jué)導(dǎo)引控制主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主導(dǎo)航和物體識(shí)別等任務(wù)。在這種控制模式下，機(jī)器人需要通過(guò)圖像處理算法和視覺(jué)傳感器數(shù)據(jù)來(lái)感知環(huán)境，并根據(jù)環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)決策和調(diào)整。常見(jiàn)的視覺(jué)導(dǎo)引控制算法包括基于特征的視覺(jué)伺服算法和基于深度學(xué)習(xí)的視覺(jué)感知算法。以上四種控制方法是工業(yè)機(jī)器人控制中最為經(jīng)典且常用的方法。在實(shí)際應(yīng)用中，這些控制方法往往需要相互結(jié)合使用，以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜和精確的任務(wù)執(zhí)行。

6.4.2現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)控制方法隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)已經(jīng)融合了多種先進(jìn)的控制方法和技術(shù)。這些技術(shù)不僅提高了機(jī)器人的精度和效率，還為其在各種復(fù)雜環(huán)境中提供了更高的自主性和安全性。以下是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的控制方法：路徑規(guī)劃與導(dǎo)航路徑規(guī)劃與導(dǎo)航是現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)的核心控制方法之一。通過(guò)先進(jìn)的算法和傳感器數(shù)據(jù)，機(jī)器人能夠自主規(guī)劃從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)路徑，并準(zhǔn)確地沿著這條路徑移動(dòng)。這涉及到空間搜索、避障、地圖構(gòu)建等多種技術(shù)。傳感器融合技術(shù)傳感器融合技術(shù)是指結(jié)合來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，以提供更準(zhǔn)確、全面的環(huán)境感知信息。通過(guò)融合不同類(lèi)型的傳感器數(shù)據(jù)（如激光雷達(dá)、攝像頭、IMU等），機(jī)器人可以更加準(zhǔn)確地理解其周?chē)h(huán)境，并做出相應(yīng)的決策。動(dòng)力學(xué)與控制算法動(dòng)力學(xué)與控制算法是確保機(jī)器人精確、高效運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵。這些算法涉及到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、軌跡規(guī)劃、速度控制等多個(gè)方面，確保機(jī)器人在執(zhí)行各種任務(wù)時(shí)能夠保持穩(wěn)定和高效。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是機(jī)器人控制的核心，它能夠確保各種控制算法和任務(wù)在特定的時(shí)間內(nèi)得到執(zhí)行。這種操作系統(tǒng)具有高度的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，能夠處理來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)流，并實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)器人的行為。軌跡插值與平滑軌跡插值與平滑技術(shù)用于生成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平滑軌跡。通過(guò)對(duì)一系列關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行插值，可以生成連續(xù)、平滑的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。柔順控制與力控制柔順控制與力控制是機(jī)器人與環(huán)境交互時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)器人的力和力矩輸出，機(jī)器人可以在與環(huán)境接觸時(shí)表現(xiàn)出柔順性，從而避免損壞環(huán)境或自身。安全性與故障診斷安全性與故障診斷是確保機(jī)器人可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。通過(guò)內(nèi)置的傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)器人可以實(shí)時(shí)檢測(cè)自身的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境變化，并在出現(xiàn)故障或潛在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)采取相應(yīng)的措施。

6.4.2現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)控制方法

6.4.2現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)控制方法人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)為機(jī)器人提供了更強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)和決策能力。通過(guò)訓(xùn)練，機(jī)器人可以學(xué)習(xí)新的任務(wù)、識(shí)別不同的物體，并在復(fù)雜環(huán)境中做出智能決策。這些技術(shù)使得機(jī)器人更加適應(yīng)多變的環(huán)境，提高了其自主性和靈活性。現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)融合了多種先進(jìn)的控制方法和技術(shù)，這些技術(shù)共同提升了機(jī)器人的性能、安全性和自主性，為其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。6.5工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)05PART

FIVE

6.5工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)鍵部分，它允許機(jī)器人與其他設(shè)備、系統(tǒng)或操作員進(jìn)行交互和數(shù)據(jù)交換。在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)相當(dāng)于人類(lèi)的遍布全身的網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)。以下是關(guān)于工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的一些關(guān)鍵要素和特點(diǎn)：6.5.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)通常采用集中式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及分布式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。分布式架構(gòu)中，機(jī)器人和其他設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互連接，每個(gè)設(shè)備都有自己的處理器和存儲(chǔ)器，能夠獨(dú)立地執(zhí)行任務(wù)。集中式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架硬件由一個(gè)中央控制器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理所有設(shè)備的通信和任務(wù)分配主控制器。

6.5.1工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的集中式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架硬件主要包括以下幾個(gè)部分：工業(yè)機(jī)器人的集中式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架右圖所示，硬件由一個(gè)中央控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、傳感器、輸入/輸出設(shè)備，此外，在集中式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中，各個(gè)硬件組件之間通過(guò)高速通信總線進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和控制協(xié)同。這種總線控制方式可以減小傳輸誤差，提高測(cè)量和控制精度，同時(shí)使系統(tǒng)具有優(yōu)異的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能和故障診斷功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

6.5.1工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的分布式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)架構(gòu)主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵組件：工業(yè)機(jī)器人的分布式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)架構(gòu)如右圖所示，由任務(wù)管理層、數(shù)據(jù)通信控制層、設(shè)備層構(gòu)建而成，各個(gè)組件和機(jī)器人節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接和通信，這種架構(gòu)可以提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。此外，分布式架構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)任務(wù)的并行處理和負(fù)載均衡，從而提高整體性能和效率。工業(yè)機(jī)器人的分布式網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)架構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜且高效的系統(tǒng)，它能夠支持多個(gè)機(jī)器人和組件之間的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)的完成和系統(tǒng)的高可靠性運(yùn)行。

6.5.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及特點(diǎn)工業(yè)機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)使用特定的通信協(xié)議來(lái)確保數(shù)據(jù)的有效傳輸和同步。這些協(xié)議可以是標(biāo)準(zhǔn)的（如Ethernet/IP、Profinet等）或?qū)Ｓ械模Q于具體的機(jī)器人制造商和應(yīng)用需求。工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)連接著工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，相當(dāng)于人類(lèi)身體中的神經(jīng)系統(tǒng)，它需要具有大數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)控制能力、高效的安全可靠性、靈活的擴(kuò)展能力和易于維護(hù)的性能：實(shí)時(shí)傳輸及控制性能對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)性能至關(guān)重要。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)必須能夠確保數(shù)據(jù)在需要時(shí)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地傳輸，以便機(jī)器人能夠做出快速的響應(yīng)和決策。為了滿(mǎn)足工業(yè)機(jī)器人的大數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)控制需求，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)支持千兆、萬(wàn)兆級(jí)別的高速傳輸。這確保了數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，使得機(jī)器人能夠快速響應(yīng)并完成任務(wù)。

6.5.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及特點(diǎn)安全可靠性隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題變得越來(lái)越重要。工業(yè)機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)必須具備強(qiáng)大的安全功能，包括數(shù)據(jù)加密、訪問(wèn)控制和防火墻等，以保護(hù)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)免受惡意攻擊和未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到工作環(huán)境的惡劣條件，如高溫、高濕度、電磁干擾等。因此，工業(yè)機(jī)器人通常具有防塵、防水、抗干擾等特性，確保在惡劣環(huán)境下通信的穩(wěn)定性和可靠性。可擴(kuò)展性和靈活性工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)需要具備一定的可擴(kuò)展性和靈活性，以適應(yīng)不斷變化的應(yīng)用需求和設(shè)備配置。這意味著系統(tǒng)應(yīng)該能夠輕松地添加新設(shè)備、擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；蚋耐ㄐ艆f(xié)議等。為了適應(yīng)不同廠家和不同類(lèi)型的工業(yè)機(jī)器人，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)支持各種工業(yè)通信協(xié)議，如Profinet、ModbusTCP、EtherNet/IP等。這使得不同品牌和型號(hào)的機(jī)器人能夠無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的順暢傳輸和共享。

6.5.2網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議及特點(diǎn)診斷和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)應(yīng)該提供易于使用和理解的診斷工具，以幫助操作員和維護(hù)人員快速識(shí)別和解決潛在的問(wèn)題。此外，系統(tǒng)還應(yīng)該支持遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)，以便在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠迅速地進(jìn)行故障排除和修復(fù)?？傊?，工業(yè)機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜而關(guān)鍵的部分，它對(duì)于確保機(jī)器人的高效、安全和可靠運(yùn)行至關(guān)重要。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用需求的不斷變化，網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)也在不斷地發(fā)展和優(yōu)化。6.6工業(yè)機(jī)器人典型控制系統(tǒng)06PART

SIX6.6工業(yè)機(jī)器人典型控制系統(tǒng)應(yīng)用ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是ABB公司為其工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的核心控制系統(tǒng)。ABB作為全球領(lǐng)先的工業(yè)機(jī)器人制造商之一，其控制系統(tǒng)具有高度的集成性、靈活性和可擴(kuò)展性，能夠滿(mǎn)足不同工業(yè)領(lǐng)域和應(yīng)用場(chǎng)景的需求。6.6.1ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要功能和特點(diǎn)ABB公司設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要功能和特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：高精度運(yùn)動(dòng)控制：ABB的控制系統(tǒng)使用先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制算法，確保機(jī)器人以高精度執(zhí)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡和作業(yè)任務(wù)。通過(guò)精確的路徑規(guī)劃和插補(bǔ)技術(shù)，控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人各關(guān)節(jié)之間的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，保證作業(yè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。靈活的任務(wù)編程與示教：ABB控制系統(tǒng)支持多種編程方式，包括離線編程和在線示教。操作人員可以通過(guò)ABB提供的編程軟件，為機(jī)器人編寫(xiě)作業(yè)程序，并通過(guò)示教盒或教學(xué)掛圖進(jìn)行示教操作?？刂葡到y(tǒng)能夠存儲(chǔ)和管理多個(gè)作業(yè)程序，并支持程序之間的切換和調(diào)用。6.6.1ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要功能和特點(diǎn)ABB公司設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要功能和特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)處理：ABB工業(yè)機(jī)器人配備了多種傳感器，如位置傳感器、力覺(jué)傳感器、視覺(jué)系統(tǒng)等?？刂葡到y(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)接收和處理這些傳感器的數(shù)據(jù)，為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)提供準(zhǔn)確的感知信息。通過(guò)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的分析，控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制、自適應(yīng)調(diào)整等功能，提高機(jī)器人的作業(yè)精度和穩(wěn)定性。高級(jí)集成與通信功能：ABB控制系統(tǒng)具備強(qiáng)大的集成和通信能力，能夠與各種工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)縫對(duì)接?？刂葡到y(tǒng)支持多種通信協(xié)議和接口，如EtherNet/IP、PROFINET、Modbus等，方便與PLC、HMI、傳感器等其他工業(yè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作。安全監(jiān)控與故障診斷：ABB控制系統(tǒng)內(nèi)置了安全監(jiān)控和故障診斷功能?？刂葡到y(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)和安全性能，當(dāng)發(fā)生異常情況或故障時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警并采取相應(yīng)的保護(hù)措施。同時(shí)，控制系統(tǒng)還提供故障診斷和故障記錄功能，幫助維修人員快速定位和解決故障。6.6.1ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要功能和特點(diǎn)ABB公司設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要功能和特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：智能學(xué)習(xí)與優(yōu)化：隨著工業(yè)4.0和智能制造的發(fā)展，ABB控制系統(tǒng)也在不斷引入人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)。通過(guò)智能學(xué)習(xí)功能，機(jī)器人能夠自主優(yōu)化作業(yè)策略和參數(shù)調(diào)整，提高作業(yè)效率和適應(yīng)性。此外，ABB還提供了一系列智能化工具和服務(wù)，如遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等，幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)智能管理和決策。綜上所述，ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)憑借其高精度運(yùn)動(dòng)控制、靈活的任務(wù)編程與示教、實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)處理、高級(jí)集成與通信功能、安全監(jiān)控與故障診斷以及智能學(xué)習(xí)與優(yōu)化等特點(diǎn)，為工業(yè)自動(dòng)化和智能制造提供了強(qiáng)大的支持和保障。6.6.2ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)模塊化ABB工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)體現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)如下圖所示，由硬件模塊、軟件模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和示教模塊等多個(gè)模塊組成。這些模塊共同實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的高精度控制、作業(yè)規(guī)劃、傳感器數(shù)據(jù)處理以及與外部設(shè)備的通信等功能。這些模塊的協(xié)同工作使ABB工業(yè)機(jī)器人能夠高效、準(zhǔn)確地完成各種復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)。示教器驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)模塊控制模塊以太網(wǎng)PLC鏈路安全網(wǎng)絡(luò)6.6.2ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)模塊化硬件模塊化設(shè)計(jì)：ABB的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)采用硬件模塊化設(shè)計(jì)，將控制功能劃分為多個(gè)獨(dú)立的硬件模塊，例如控制器模塊、驅(qū)動(dòng)器模塊、傳感器模塊、輸入輸出模塊等。每個(gè)模塊都具有特定的功能，可以單獨(dú)進(jìn)行替換或升級(jí)，使得系統(tǒng)更加易于擴(kuò)展和維護(hù)?？刂破髂K：通常是控制系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)處理控制算法、任務(wù)調(diào)度以及與外部設(shè)備的通信。驅(qū)動(dòng)器模塊：用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的電機(jī)，根據(jù)控制器的指令使機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。傳感器接口模塊：用于接收來(lái)自各種傳感器的信號(hào)，如位置傳感器、力覺(jué)傳感器等。輸入/輸出接口模塊：用于與外部設(shè)備、人機(jī)界面等進(jìn)行連接和通信。6.6.2ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)模塊化軟件模塊化設(shè)計(jì)ABB的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)同樣采用軟件模塊化設(shè)計(jì)，將操作系統(tǒng)、控制算法、編程環(huán)境、安全監(jiān)控等功能劃分為不同的軟件模塊?？梢愿鶕?jù)用戶(hù)實(shí)際需求選擇使用哪些模塊，大大提高了系統(tǒng)的靈活性和可定制性。操作系統(tǒng)：為控制系統(tǒng)提供基本的運(yùn)行環(huán)境和任務(wù)調(diào)度功能?？刂扑惴ǎ喊ㄟ\(yùn)動(dòng)控制算法、路徑規(guī)劃算法、傳感器數(shù)據(jù)處理算法等，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的高精度運(yùn)動(dòng)和作業(yè)規(guī)劃。編程環(huán)境：提供用戶(hù)編程接口和編程軟件，允許操作人員對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程和示教。安全監(jiān)控與故障診斷軟件：用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)和安全性能，并在發(fā)生異常情況時(shí)提供故障診斷和記錄功能。6.6.2ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)模塊化網(wǎng)絡(luò)通信模塊：ABB的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)支持多種通信協(xié)議和接口，例如EtherNet/IP、PROFINET等，使得機(jī)器人可以與其他設(shè)備、系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫集成和通信。這種通信模塊化的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)更加開(kāi)放和易于擴(kuò)展。通信協(xié)議：控制系統(tǒng)支持多種通信協(xié)議，如EtherNet/IP、PROFINET等，以實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)共享。網(wǎng)絡(luò)接口：用于建立與其他設(shè)備、工廠自動(dòng)化系統(tǒng)等之間的通信連接。6.6.2ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)模塊化圖6-8ABB工業(yè)機(jī)器人示教器控制界面ABB機(jī)器人示教模塊ABB機(jī)器人的示教模塊如圖6-8所示，是機(jī)器人系統(tǒng)中的重要組成部分之一，它是人機(jī)交互的主要界面，用于編程、操作、監(jiān)控和維護(hù)ABB工業(yè)機(jī)器人。6.6.2ABB工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)模塊化ABB機(jī)器人示教模塊編程功能：示教器提供了直觀易用的編程環(huán)境，用戶(hù)可以通過(guò)圖形化界面或者示教編程方式來(lái)生成機(jī)器人的作業(yè)程序。操作功能：通過(guò)示教器，用戶(hù)可以手動(dòng)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行作業(yè)演示、軌跡示教等操作。示教器上的操縱桿或者觸摸屏可以用來(lái)控制機(jī)器人的姿態(tài)和速度。監(jiān)控功能：示教器可以實(shí)時(shí)顯示機(jī)器人的工作狀態(tài)、作業(yè)進(jìn)度、故障信息等，幫助用戶(hù)了解機(jī)器人的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。6.6.3ABB虛擬仿真軟件技術(shù)ABB虛擬仿真軟件技術(shù)是一種基于計(jì)算機(jī)模擬的機(jī)器人編程和測(cè)試工具，它允許工程師在虛擬環(huán)境中模擬機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)過(guò)程，而無(wú)需實(shí)際使用機(jī)器人硬件。這種技術(shù)可以大大提高機(jī)器人編程的效率和準(zhǔn)確性，減少調(diào)試和測(cè)試的時(shí)間，降低生產(chǎn)成本和風(fēng)險(xiǎn)。ABB的虛擬仿真軟件主要包括RobotStudio和ABBVirtualController兩部分。圖6-9RobotStudio操作界面RobotStudio是ABB的虛擬仿真環(huán)境如圖6-9所示，建立在ABBVirtualController之上。提供了三維視覺(jué)化的編程環(huán)境，允許工程師在計(jì)算機(jī)上模擬機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和作業(yè)。6.6.3ABB虛擬仿真軟件技術(shù)RobotStudio仿真環(huán)境提供了ABB公司在售的工業(yè)機(jī)器人模型如圖6-10所示，并且支持自動(dòng)路徑生成，能顯著提高編程效率。內(nèi)含程序編輯器，能在Windows環(huán)境下進(jìn)行離線開(kāi)發(fā)或維護(hù)機(jī)器人程序。并且可以通過(guò)路徑優(yōu)化工具，工程師可以?xún)?yōu)化機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，使其按照最有效的方式運(yùn)行。6.6.3ABB虛擬仿真軟件技術(shù)ABBVirtualController：是ABB虛擬仿真技術(shù)的核心部分如圖6-11所示，模擬了真實(shí)的機(jī)器人控制器。允許工程師在虛擬環(huán)境中測(cè)試機(jī)器人的控制邏輯