【百川〡详解】工业机器人的“大脑”— 控制系统

Attention控制器有“工业机器人大脑”一称，那么今天我们就来一起了解工业机器人的「大脑」：控制系统。...






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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以及其他类型CPU。

2、示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，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、硬盘和软盘存储存：储机器人工作程序的外围存储器。

　　5、数字和模拟量输入输出：各种状态和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、触觉和视觉传感器。

　8、轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。

　9、辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。

　　10、通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。

　　11、网络接口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。



Fieldbus接口：支持多种流行的现场总线规格，如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。

1、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。

　　2、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，其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察，再调整非线性模型的参数，一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。

　　3、人工智能系统：事先无法编制运动程序，而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。

　4、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。

　5、轨迹式：要求机器人按示教的轨迹和速度运动。

6、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。

　　7、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。

　　8、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和放置作业。

　　9、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，包括直接示教模拟示教和示教盒示教。

　10、离线编程：不对实际作业的机器人直接示教，而是脱离实际作业环境，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。

机器人控制系统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：

　　1、记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。

2、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和导引示教两种。

3、与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。

　4、坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。

　　5、人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。

6、传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。

7、位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。

　8、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和故障自诊断。

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由于伺服电机在机器人上主要用于驱动关节的运动，因此它需要进行频繁正反转短时运行。而在这种频繁正反转，而且又带着一定惯量的负载，还要求控制速度非常快的情况下，对伺服电机的过载能力(过载扭矩、过载电流)要求是非常高的。

由上述公式可知，实际伺服电机在带载启动时，除了加载的扭矩Tload和摩擦系数Kn外，还会因为负载惯量J和角加速度dω/dt的影响导致启动扭矩变大。特别是电机加速得越快，dω/dt越大，J不变，Te就越大，伺服电机的扭矩过载能力就必须越强。

来源：网络整理





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