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1、淺析工業(yè)機(jī)器人開放式控制系統(tǒng) 淺析工業(yè)機(jī)器人開放式控制系統(tǒng) 2019/01/26 摘要：我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)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(jī)器人數(shù)量明顯增多。工業(yè)機(jī)器人具有開放性特征，現(xiàn)具體探討工業(yè)機(jī)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(jī)器人；開放性；控制系統(tǒng) 引言 進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國的工業(yè)生產(chǎn)水平不斷提升，同時(shí)工業(yè)機(jī)器人的研制取得了顯著成效。為了適應(yīng)現(xiàn)代化

2、工業(yè)生產(chǎn)，需要對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行柔性控制，提供良好的編程環(huán)境，使工業(yè)機(jī)器人適用于不同的場(chǎng)合。為了發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用效果，需要采用機(jī)器人控制系統(tǒng)，形成多元化的軟件功能模塊。機(jī)器人開放式控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果較好，可維護(hù)性較強(qiáng)，利用它可以根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用需要調(diào)整功能模塊，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)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(dāng)前我國工業(yè)機(jī)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(dān)著不同的工作職能。工業(yè)機(jī)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(jī)加運(yùn)動(dòng)控制接口卡。接口卡本身并沒有中央處理器，因此只能對(duì)關(guān)節(jié)量數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，并將獲取的關(guān)節(jié)量數(shù)據(jù)傳送到IPC機(jī)之中。IPC機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出控制量，并通過接口板對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為伺服電機(jī)的控制量。工業(yè)機(jī)器人具有實(shí)時(shí)性，因此IPC機(jī)往往形成了實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)擴(kuò)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(jī)加運(yùn)動(dòng)控制接口卡構(gòu)建的控制系統(tǒng)有其優(yōu)勢(shì)特征，如靈活性較強(qiáng)、拓展能力較強(qiáng)等，但是該控制系統(tǒng)的開發(fā)難度比較大，價(jià)格也

4、比較昂貴。第二種是IPC機(jī)加上運(yùn)動(dòng)控制卡[1]。近幾年來，我國的科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，以DSP為核心的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制卡可以對(duì)多軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，使其在一塊卡上實(shí)現(xiàn)集成。運(yùn)動(dòng)控制卡可以實(shí)時(shí)完成伺服運(yùn)動(dòng)的控制，IPC機(jī)則擔(dān)任系統(tǒng)管理、狀態(tài)監(jiān)控等職責(zé)。與第一種工作形式相比，IPC機(jī)加上運(yùn)動(dòng)控制卡的形式實(shí)效性更強(qiáng)，因此可以選用WINDOWSXP的控制系統(tǒng)，開展工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究。 1.2硬件結(jié)構(gòu)PMAC是多任務(wù)計(jì)算機(jī)，可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)完成多項(xiàng)任務(wù)，并對(duì)任務(wù)進(jìn)行科學(xué)排序，優(yōu)先解決重要任務(wù)，完成伺服運(yùn)動(dòng)控制的細(xì)節(jié)。PMAC的適應(yīng)性

5、非常強(qiáng)，可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效控制，適應(yīng)多種硬件平臺(tái)。在PMAC計(jì)算機(jī)的作用下，檢測(cè)元件的反饋信息更加及時(shí)。示教盒和工業(yè)PC機(jī)相互連接，二者在USB的功用下實(shí)現(xiàn)信息交換。示教盒對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)產(chǎn)生重要作用，機(jī)器人和機(jī)器人之間的連接通過以太網(wǎng)進(jìn)行。多任務(wù)計(jì)算機(jī)和工業(yè)PC機(jī)聯(lián)系在一起，二者的通信主要通過PCI總線方式完成，有時(shí)也通過DPRAM方式完成。采用后一種方式，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的速度將明顯加快，而且不需要較多的等待時(shí)間。在發(fā)送命令之后，數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)。多任務(wù)計(jì)算機(jī)有著重要的信息反饋功能，可以對(duì)重要數(shù)據(jù)信息進(jìn)行反饋。用戶可以通過使用多任務(wù)計(jì)算機(jī)的M變量來指定寄存器，寄存器在DPRAM中。主機(jī)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(fù)性不會(huì)受到限制。多任務(wù)計(jì)算機(jī)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(jī)的運(yùn)行情況、伺服電機(jī)的位置、系統(tǒng)運(yùn)行的速度等，提升工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的工作效率[2]。在對(duì)伺服軸進(jìn)行控制時(shí)，應(yīng)該充分利用多任務(wù)計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)程序。工業(yè)PC機(jī)和多任務(wù)計(jì)算機(jī)擔(dān)任的工作職能有所不同，前者需要完成上層運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，并通過解釋器來轉(zhuǎn)換工業(yè)機(jī)器人的操作指令，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人和多任務(wù)計(jì)算機(jī)的連接。將多任務(wù)計(jì)算機(jī)的運(yùn)動(dòng)程序下載下來，執(zhí)行工業(yè)機(jī)器人的操作指令，可以完成伺服運(yùn)動(dòng)行為。使用多任務(wù)計(jì)算機(jī)的ACC-32AA板可以對(duì)工業(yè)機(jī)器人本體數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入和輸出。在處理數(shù)據(jù)時(shí)，可以將其傳送到PC機(jī)上

7、，這樣可以適應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)控制卡。 2軟件體系 2.1體系結(jié)構(gòu)進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代之后，不同學(xué)者對(duì)工業(yè)機(jī)器人軟件控制體系結(jié)構(gòu)提出了自己的觀點(diǎn)和意見。國外很多學(xué)者構(gòu)建了功能型分層式的體系結(jié)構(gòu)，對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行了分層，但是保留中心決策層。分布式功能層在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中主要擔(dān)任如下的工作任務(wù)：第一，對(duì)不同功能的控制模塊進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行傳送，將關(guān)鍵數(shù)據(jù)資源發(fā)送到系統(tǒng)中。第二，對(duì)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行有效控制，當(dāng)接收服務(wù)請(qǐng)求后，會(huì)實(shí)現(xiàn)發(fā)送方和服務(wù)供給模塊的相互連接。第三，對(duì)應(yīng)用模塊進(jìn)行調(diào)整，充分滿足用戶需求，對(duì)應(yīng)用模塊的位置進(jìn)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(shí)，可以應(yīng)用POSTER進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。POSTER是一種可以共享的存儲(chǔ)器，這一共享存儲(chǔ)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(jī)器人的控制框架、編程框架等。ORC這一體系結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行了劃分，將復(fù)雜系統(tǒng)分成了不同的可處理部分，每個(gè)部分有接口，形成了不同的層次模型。ORC的模型對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)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(yīng)用功能得以完整呈現(xiàn)[3]。隨著

9、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人研究邁向了一個(gè)新的臺(tái)階，軟件體系結(jié)構(gòu)的框架不斷更新，工業(yè)機(jī)器人軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平顯著提升。 2.2模塊說明工業(yè)機(jī)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(dá)到終端用戶層，終端用戶層傳遞信息至系統(tǒng)層，再達(dá)到伺服層，最終發(fā)送給機(jī)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(dān)任數(shù)據(jù)傳遞的任務(wù)，系統(tǒng)層擔(dān)任機(jī)器人語言轉(zhuǎn)換的任務(wù)，伺服層擔(dān)任運(yùn)動(dòng)控制的任務(wù)。為了使工作流程更加便捷，采用不同計(jì)算機(jī)來進(jìn)行實(shí)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(jī)上，操作系統(tǒng)是WINDOWSXP；伺

10、服層在多任務(wù)計(jì)算機(jī)上，操作系統(tǒng)是多任務(wù)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人功能的實(shí)現(xiàn)，就以上述三臺(tái)計(jì)算機(jī)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(jī)器人的實(shí)際工業(yè)需求，對(duì)不同層次的軟件環(huán)境和硬件環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化。層次交互的部分需要被提取出來作為遠(yuǎn)程程序集。從操作者應(yīng)用的角度來看，可以將軟件系統(tǒng)劃分為以下四個(gè)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(duì)上述三個(gè)參數(shù)進(jìn)行確認(rèn)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(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；第四模塊是輔助功能模塊，

11、包括故障恢復(fù)、系統(tǒng)調(diào)試、文件管理、賬號(hào)管理等，可以判斷當(dāng)前工業(yè)機(jī)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(jī)器人的應(yīng)用范圍越來越廣泛。工業(yè)機(jī)器人具有開放式特征，為了提高工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)作效率，發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)該對(duì)工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。 ［參考文獻(xiàn)］ [1]王振華，許琳娜，蘭雪艷.基于WinCE的開放式6R工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)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(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究[J].內(nèi)燃機(jī)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(jī)器人開放式控制系統(tǒng)交互控制的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2010，30（11）：3087-3090.