工业机器人控制的功能组成和分类

1、对机器人控制系统的一般要求
机器人控制系统就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、运动速度与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与导引示教两种。

·与外围设备联系功能:输入与输出接口、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、速度与加速度控制、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与故障自诊断。

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以及其她类型CPU。

(2)示教盒示教机器人的工作轨迹与参数设定,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)硬盘与软盘存储存储机器人工作程序的外围存储器。

(5)数字与模拟量输入输出各种状态与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、触觉与视觉传感器。

(8)轴控制器完成机器人各关节位置、速度与加速度控制。

(9)辅助设备控制用于与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与其她设备的信息交换,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,其过程就是基于操作机的状态与伺服误差的观察,再调整非线性模型的参数,一直到误差消失为止。

这种系统的结构与参数能随时间与条件自动改变。

人工智能系统:事先无法编制运动程序,而就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与速度运动。

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与放置作业。

·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)模拟示教与示教盒示教。

·离线编程。

不对实际作业的机器人直接示教,而就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、轨迹生成与系统自诊断等;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:按系统的性质与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与控制策略,各模式之间可以就是主从关系,也可以就是平等关系。

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,就是目前流行的方式,其控制框图如图4所示。