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【知识】工业机器人的“大脑” ——控制系统

2016-07-12 11:35
flinay
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  机器人控制系统的基本功能

  控制机械臂末端执行器的运动位置(即控制末端执行器经过的点和移动路径);

  控制机械臂的运动姿态(即控制相邻两个活动构件的相对位置);

  控制运动速度(即控制末端执行器运动位置随时间变化的规律);

  控制运动加速度(即控制末端执行器在运动过程中的速度变化);

  控制机械臂中各动力关节的输出转矩:(即控制对操作对象施加的作用力);

  具备操作方便的人机交互功能,机器人通过记忆和再现来完成规定的任务;

  使机器人对外部环境有检测和感觉功能。工业机器人配备视觉、力觉、触觉等传感器进行测量、识别,判断作业条件的变化。

  工业机器人控制系统

  1、工业机器人控制系统硬件结构

  控制器是机器人系统的核心,国外有关公司对我国实行严密封锁。近年来随着微电子技术的发展,微处理器的性能越来越高,而价格则越来越便宜,目前市场上已经出现了1-2美金的32位微处理器。高性价比的微处理器为机器人控制器带来了新的发展机遇,使开发低成本、高性能的机器人控制器成为可能。为了保证系统具有足够的计算与存储能力,目前机器人控制器多采用计算能力较强的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片组成。

  此外,由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全满足某些机器人系统在价格、性能、集成度和接口等方面的要求,这就产生了机器人系统对SoC(SystemonChip)技术的需求,将特定的处理器与所需要的接口集成在一起,可简化系统外围电路的设计,缩小系统尺寸,并降低成本。例如,Actel公司将NEOS或ARM7的处理器内核集成在其FPGA产品上,形成了一个完整的SoC系统。在机器人运动控制器方面,其研究主要集中在美国和日本,并有成熟的产品,如美国DELTATAU公司、日本朋立株式会社等。其运动控制器以DSP技术为核心,采用基于PC的开放式结构。

  2、工业机器人控制系统体系结构

  在控制器体系结构方面,其研究重点是功能划分和功能之间信息交换的规范。在开放式控制器体系结构研究方面,有两种基本结构,一种是基于硬件层次划分的结构,该类型结构比较简单,在日本,体系结构以硬件为基础来划分,如三菱重工株式会社将其生产的PA210可携带式通用智能臂式机器人的结构划分为五层结构;另一种是基于功能划分的结构,它将软硬件一同考虑,其是机器人控制器体系结构研究和发展的方向。

  3、控制软件开发环境

  在机器人软件开发环境方面,一般工业机器人公司都有自己独立的开发环境和独立的机器人编程语言,如日本Motoman公司、德国KUKA公司、美国的Adept公司、瑞典的ABB公司等。很多大学在机器人开发环境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作,提供了很多开放源码,可在部分机器人硬件结构下进行集成和控制操作,目前已在实验室环境下进行了许多相关实验。国内外现有的机器人系统开发环境有TeamBots,v.2.0e、ARIA,V.2.4.1、Player/Stage,v.1.6.5.1.6.2、Pyro.v.4.6.0、CARMEN.v.1.1.1、MissionLab.v.6.0、ADE.V.1.0beta、Miro.v.CVS-March17.2006、MARIE.V.0.4.0、FlowDesigner.v.0.9.0、RobotFlow.v.0.2.6等等。从机器人产业发展来看,对机器人软件开发环境有两方面的需求。一方面是来自机器人最终用户,他们不仅使用机器人,而且希望能够通过编程的方式赋予机器人更多的功能,这种编程往往是采用可视化编程语言实现的,如乐高MindStormsNXT的图形化编程环境和微软RoboticsStudio提供的可视化编程环境。

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