淺析工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng)

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1、淺析工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng) 淺析工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng) 2019/01/26 摘要：我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術(shù)水平顯著提升，在現(xiàn)代信息技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，工業(yè)機器人數(shù)量明顯增多。工業(yè)機器人具有開放性特征，現(xiàn)具體探討工業(yè)機器人的開放式控制系統(tǒng)，希望能為相關(guān)人士提供一些參考。 關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；開放性；控制系統(tǒng) 引言 進入新世紀以來，我國的工業(yè)生產(chǎn)水平不斷提升，同時工業(yè)機器人的研制取得了顯著成效。為了適應現(xiàn)代化

2、工業(yè)生產(chǎn)，需要對工業(yè)機器人進行柔性控制，提供良好的編程環(huán)境，使工業(yè)機器人適用于不同的場合。為了發(fā)揮工業(yè)機器人的應用效果，需要采用機器人控制系統(tǒng)，形成多元化的軟件功能模塊。機器人開放式控制系統(tǒng)的應用效果較好，可維護性較強，利用它可以根據(jù)工業(yè)機器人的應用需要調(diào)整功能模塊，對工業(yè)機器人的運動軌跡進行合理規(guī)劃。 1硬件體系 1.1結(jié)構(gòu)方案就目前來看，當前我國工業(yè)機器人的開放式控制系統(tǒng)基本形成。在控制系統(tǒng)形成的過程中，軟件體系和硬件體系承擔著不同的工作職能。工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng)的硬件體系主要分為以下兩類：第一類硬件體系結(jié)構(gòu)以VME總線為基礎(chǔ)，第二類硬件體系結(jié)構(gòu)以PC總

3、線為基礎(chǔ)。后一種硬件體系結(jié)構(gòu)采用了兩種工作形式：第一種是IPC機加運動控制接口卡。接口卡本身并沒有中央處理器，因此只能對關(guān)節(jié)量數(shù)據(jù)進行獲取，并將獲取的關(guān)節(jié)量數(shù)據(jù)傳送到IPC機之中。IPC機對數(shù)據(jù)進行計算，得出控制量，并通過接口板對其進行轉(zhuǎn)換，使其成為伺服電機的控制量。工業(yè)機器人具有實時性，因此IPC機往往形成了實時的操作系統(tǒng)，如WINDOWSCE等操作系統(tǒng)。除了上述具體化的操作系統(tǒng)外，也可以采用一般的操作系統(tǒng)，加上實時擴展環(huán)境，形成系統(tǒng)完備的軟件開發(fā)環(huán)境，獲取更加豐富的資源。IPC機加運動控制接口卡構(gòu)建的控制系統(tǒng)有其優(yōu)勢特征，如靈活性較強、拓展能力較強等，但是該控制系統(tǒng)的開發(fā)難度比較大，價格也

4、比較昂貴。第二種是IPC機加上運動控制卡[1]。近幾年來，我國的科學技術(shù)突飛猛進，以DSP為核心的運動控制卡得到優(yōu)化，其商品性特征更加突出。以DSP為核心的運動控制卡可以對多軸運動進行控制，使其在一塊卡上實現(xiàn)集成。運動控制卡可以實時完成伺服運動的控制，IPC機則擔任系統(tǒng)管理、狀態(tài)監(jiān)控等職責。與第一種工作形式相比，IPC機加上運動控制卡的形式實效性更強，因此可以選用WINDOWSXP的控制系統(tǒng)，開展工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的研究。 1.2硬件結(jié)構(gòu)PMAC是多任務計算機，可以在同一臺計算機上實時完成多項任務，并對任務進行科學排序，優(yōu)先解決重要任務，完成伺服運動控制的細節(jié)。PMAC的適應性

5、非常強，可以對電機進行有效控制，適應多種硬件平臺。在PMAC計算機的作用下，檢測元件的反饋信息更加及時。示教盒和工業(yè)PC機相互連接，二者在USB的功用下實現(xiàn)信息交換。示教盒對工業(yè)機器人控制系統(tǒng)產(chǎn)生重要作用，機器人和機器人之間的連接通過以太網(wǎng)進行。多任務計算機和工業(yè)PC機聯(lián)系在一起，二者的通信主要通過PCI總線方式完成，有時也通過DPRAM方式完成。采用后一種方式，數(shù)據(jù)存儲的速度將明顯加快，而且不需要較多的等待時間。在發(fā)送命令之后，數(shù)據(jù)自動存儲。多任務計算機有著重要的信息反饋功能，可以對重要數(shù)據(jù)信息進行反饋。用戶可以通過使用多任務計算機的M變量來指定寄存器，寄存器在DPRAM中。主機使用這一方式

6、可以快速下載數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)下載的重復性不會受到限制。多任務計算機獲得狀態(tài)信息，相關(guān)人員可以依靠狀態(tài)信息判斷伺服電機的運行情況、伺服電機的位置、系統(tǒng)運行的速度等，提升工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的工作效率[2]。在對伺服軸進行控制時，應該充分利用多任務計算機的運動程序。工業(yè)PC機和多任務計算機擔任的工作職能有所不同，前者需要完成上層運動規(guī)劃，并通過解釋器來轉(zhuǎn)換工業(yè)機器人的操作指令，實現(xiàn)工業(yè)機器人和多任務計算機的連接。將多任務計算機的運動程序下載下來，執(zhí)行工業(yè)機器人的操作指令，可以完成伺服運動行為。使用多任務計算機的ACC-32AA板可以對工業(yè)機器人本體數(shù)據(jù)進行輸入和輸出。在處理數(shù)據(jù)時，可以將其傳送到PC機上

7、，這樣可以適應不同的運動控制卡。 2軟件體系 2.1體系結(jié)構(gòu)進入工業(yè)化時代之后，不同學者對工業(yè)機器人軟件控制體系結(jié)構(gòu)提出了自己的觀點和意見。國外很多學者構(gòu)建了功能型分層式的體系結(jié)構(gòu)，對工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的功能進行了分層，但是保留中心決策層。分布式功能層在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中主要擔任如下的工作任務：第一，對不同功能的控制模塊進行統(tǒng)一調(diào)配，對數(shù)據(jù)資源進行傳送，將關(guān)鍵數(shù)據(jù)資源發(fā)送到系統(tǒng)中。第二，對系統(tǒng)服務進行有效控制，當接收服務請求后，會實現(xiàn)發(fā)送方和服務供給模塊的相互連接。第三，對應用模塊進行調(diào)整，充分滿足用戶需求，對應用模塊的位置進行調(diào)試。通用模塊的功能不同，其組合

8、之后的功能也呈現(xiàn)出較大的差異性。在模塊執(zhí)行時，可以應用POSTER進行數(shù)據(jù)交換。POSTER是一種可以共享的存儲器，這一共享存儲器適用于系統(tǒng)內(nèi)部的所有組件，其結(jié)構(gòu)化特征也比較明顯。在POSTER的作用下，數(shù)據(jù)的連續(xù)性得以公開。ORC是軟件體系結(jié)構(gòu)，這一軟件體系結(jié)構(gòu)面向不同用戶，考察了用戶的層次需求，集成了工業(yè)機器人的控制框架、編程框架等。ORC這一體系結(jié)構(gòu)對復雜系統(tǒng)進行了劃分，將復雜系統(tǒng)分成了不同的可處理部分，每個部分有接口，形成了不同的層次模型。ORC的模型對控制系統(tǒng)進行了劃分，控制系統(tǒng)包括伺服層次、系統(tǒng)層次和用戶層次，不同的功能模塊采用差異化編譯方式，系統(tǒng)的應用功能得以完整呈現(xiàn)[3]。隨著

9、科學技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機器人研究邁向了一個新的臺階，軟件體系結(jié)構(gòu)的框架不斷更新，工業(yè)機器人軟件系統(tǒng)的設計水平顯著提升。 2.2模塊說明工業(yè)機器人控制系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建了完整模型，操作者發(fā)送指令，達到終端用戶層，終端用戶層傳遞信息至系統(tǒng)層，再達到伺服層，最終發(fā)送給機器人本體。在上述工作過程中，示教盒和系統(tǒng)層之間的連接方式仍然為USB，終端用戶層擔任數(shù)據(jù)傳遞的任務，系統(tǒng)層擔任機器人語言轉(zhuǎn)換的任務，伺服層擔任運動控制的任務。為了使工作流程更加便捷，采用不同計算機來進行實際操作。終端用戶層在示教盒上，操作系統(tǒng)為WINDOWSCE；系統(tǒng)層在IPC機上，操作系統(tǒng)是WINDOWSXP；伺

10、服層在多任務計算機上，操作系統(tǒng)是多任務計算機的操作系統(tǒng)。工業(yè)機器人功能的實現(xiàn)，就以上述三臺計算機之間的相互配合作為基礎(chǔ)。相關(guān)工作人員需要根據(jù)工業(yè)機器人的實際工業(yè)需求，對不同層次的軟件環(huán)境和硬件環(huán)境進行優(yōu)化。層次交互的部分需要被提取出來作為遠程程序集。從操作者應用的角度來看，可以將軟件系統(tǒng)劃分為以下四個模塊：第一模塊是系統(tǒng)管理模塊，主要包括控制參數(shù)、工藝參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)，需要對上述三個參數(shù)進行確認和調(diào)試；第二模塊是系統(tǒng)加工模塊，主要包括示教編程、示教檢查、工作再現(xiàn)，需要保證系統(tǒng)加工的有效性；第三模塊是系統(tǒng)監(jiān)控模塊，包括狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷，需要檢查可疑數(shù)據(jù)，判斷設備運行狀態(tài)；第四模塊是輔助功能模塊，

11、包括故障恢復、系統(tǒng)調(diào)試、文件管理、賬號管理等，可以判斷當前工業(yè)機器人的工作情況是否正常。 3結(jié)語 綜上所述，我國的工業(yè)飛速發(fā)展，信息技術(shù)水平顯著提升，工業(yè)機器人的應用范圍越來越廣泛。工業(yè)機器人具有開放式特征，為了提高工業(yè)機器人的運作效率，發(fā)揮工業(yè)機器人的應用價值，應該對工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)進行優(yōu)化。 ［參考文獻］ [1]王振華，許琳娜，蘭雪艷.基于WinCE的開放式6R工業(yè)機器人控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2018（6）：76-80. [2]楊亞.基于MFC控制程序的開放式工業(yè)機器人控制系統(tǒng)設計探究[J].內(nèi)燃機與配件，2017（24）：18-19. [3]田茂勝，唐小琦，孟國軍，等.基于嵌入式PC的工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng)交互控制的實現(xiàn)[J].計算機應用，2010，30（11）：3087-3090.