工業(yè)機器人論文3000字(合集4篇)

第工業(yè)機器人論文3000字(合集4篇)

第1篇:工業(yè)機器人論文3000字工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng)研究論文

摘要：隨著科技與經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)機器人在現(xiàn)代制造業(yè)中扮演的角色也越來越重要，其對機器人運動控制系統(tǒng)提出了更高的要求。作為工業(yè)機器人的重要組成部分，控制系統(tǒng)也在一定程度上制約了機器人技術(shù)的發(fā)展。本文從機器人開放式控制系統(tǒng)概述出發(fā)，介紹了幾種主流開放式控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，并對控制系統(tǒng)的未來發(fā)展寄予展望。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人；開放式控制系統(tǒng)；實現(xiàn)方法；發(fā)展展望

伴隨德國工業(yè)4.0與戰(zhàn)略中國2025計劃的提出，傳統(tǒng)制造業(yè)也面臨改革和升級，以機器為主導(dǎo)的自動化設(shè)備越來越受歡迎。制造業(yè)要求機器人更強的柔性與開發(fā)性，能夠與工業(yè)生產(chǎn)中不同的設(shè)備通過總線或者以太網(wǎng)連接到同一網(wǎng)絡(luò)平臺，以形成一套綜合控制系統(tǒng)。但是就目前的狀況來看，不同廠家的機器人控制系統(tǒng)只遵循相關(guān)廠家的要求和標(biāo)準(zhǔn)，采用封閉的編程語言與控制器，用戶在根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整中遇到的困難是極大的，因此工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng)的研究成為了國內(nèi)外科研機構(gòu)研究的重點。

一、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)

工業(yè)機器人控制系統(tǒng)以機器人為核心，機器人由機器人本體、控制系統(tǒng)、驅(qū)動以及傳感器組成。由此可知，硬件和軟件組成了工業(yè)機器人控制系統(tǒng)，它依據(jù)指令和傳感器對機器人進(jìn)行控制，促使其完成規(guī)定動作或任務(wù)。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)主要由主控單元、執(zhí)行機構(gòu)以及檢測單元組成。作為整個系統(tǒng)的核心，主控單元主要對機器人進(jìn)行運動學(xué)的計算、運動規(guī)劃以及插補計算等，將用戶的運動控制指令傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)。由于工業(yè)機器人的所有動作指令均來源于控制系統(tǒng)，因此控制系統(tǒng)在很大程度上限制了工業(yè)機器人的開發(fā)性。

二、開放式機器人控制系統(tǒng)

現(xiàn)階段來說，工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的開發(fā)性還沒有較為嚴(yán)格的.定義，從IEEE對“開放”的官方定義來看，開放系統(tǒng)應(yīng)滿足系統(tǒng)的應(yīng)用可以在不同的平臺之間移植，與其他應(yīng)用系統(tǒng)相互交互，為用戶提供一致的交互方式[1]。對于開放式控制器來說，它應(yīng)具有接口標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的開放式結(jié)構(gòu)，使得用戶只要具備簡單的機器人知識就可操作機器人，不必深入了解機器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以便在工序發(fā)生變化時用盡量少的時間和代價修改系統(tǒng)，以滿足新的應(yīng)用。

三、開放式控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法

1.開放式控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)方法開放式控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要包括基于PC總線系統(tǒng)和VME總線系統(tǒng)，由于PC開放性強、軟件環(huán)境開發(fā)優(yōu)良、通訊功能良好及成本低廉，它成為了大部分機器人廠商機器人開放式控制系統(tǒng)的主要研究和開發(fā)對象。其硬件實現(xiàn)方法有以下四種：一是基于“PC+運動控制卡”，優(yōu)勢表現(xiàn)在對PC實時性要求低，具備開發(fā)性等，但是對運動控制卡要求較高，同時還需搭配DSP；基于“IPC+運動控制卡”，優(yōu)勢在于影響更為簡單，整體也更為緊湊，在具有開發(fā)性的基礎(chǔ)上還具有兼容性，與前者的區(qū)別在于更能緩解控制卡的數(shù)據(jù)處理壓力，此種模式下工控機與運動控制卡有明確的分工；基于PLC的控制系統(tǒng)，在硬件連接方面十分簡單，同時具有強大的聯(lián)網(wǎng)功能，以實現(xiàn)對多機器人的監(jiān)控；最后基于“PC+工業(yè)實時以太網(wǎng)”的控制系統(tǒng)，控制效率高，且可拓展性極強。2.開放式控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)方法就目前來說，在開放式控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)方面，大部分機構(gòu)均是以硬件開放式架構(gòu)為基礎(chǔ)，利用開放式純軟件控制技術(shù)來實現(xiàn)的。純軟件控制技術(shù)多運行于工控機上Windows或Linux環(huán)境下，所有的運動控制運算與邏輯運算都由軟件本身的內(nèi)核完成，硬件僅僅負(fù)責(zé)I/O信號的傳輸[2]。此時便可選擇高性能的伺候網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建伺候通訊平臺，方便的接入多個機器人，以實現(xiàn)對多機器人的控制。

四、開放式控制系統(tǒng)的發(fā)展與展望

隨著科技與經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)機器人在現(xiàn)代制造業(yè)中扮演的角色也越來越重要，即其對機器人運動控制系統(tǒng)提出了更高的要求。對于如何實現(xiàn)開放式控制系統(tǒng)的問題，來自倫敦大學(xué)的學(xué)者在采用分層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出了開放式機器人控制器的結(jié)構(gòu)。從開放式控制系統(tǒng)的概念提出至今，許多國家出資對此進(jìn)行了研究與探索，其中最具影響力的三個為：歐盟的OSACA（OpenSystemArchitectureforControlwithAutomationSystem），由歐洲的研究機構(gòu)和控制器廠商共同提出且于19完成開發(fā)；日本的OSEC，由日本國內(nèi)一些大型機械及機電制造商于1994年提出，意在為全球的自動化公司制定一種標(biāo)準(zhǔn)；美國于1994年提出的OMAC，區(qū)別于前兩個計劃的是OMAC的控制系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口層，此時用戶便于制定滿足自己需求的一系列特定功能模塊，“即插即用”，方便連接到簡單的控制系統(tǒng)。計算機快速發(fā)展的同時，具備平臺性的機器人控制軟件也在快速發(fā)展，從20的自主機器人系統(tǒng)CLARAty一直到20采用分布式處理構(gòu)架的開源機器人操作系統(tǒng)ROS，可執(zhí)行文件能夠單獨被設(shè)計，系統(tǒng)本身能夠自帶控制算法與指令。就目前來說，雖然還沒有嚴(yán)格意義上的完全開發(fā)的控制系統(tǒng)，但隨著科技的發(fā)展，未來工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng)在工業(yè)領(lǐng)域的前景是不可估量的。

第2篇:工業(yè)機器人論文3000字摘要：作為工業(yè)機器人不可或缺的關(guān)鍵組成部分，控制系統(tǒng)對于機器人技術(shù)的發(fā)展在很大程度上起到了制約作用。本文首先概括與總結(jié)了機器人控制系統(tǒng)相關(guān)的研究成果，重點對控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點、開放性的軟件以及開放式的硬件實現(xiàn)方式較為詳細(xì)地進(jìn)行了闡述。接著對于多機器人協(xié)同控制應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，最后提出了其在該領(lǐng)域?qū)淼陌l(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】機器人;控制系統(tǒng);協(xié)同控制

在制造業(yè)發(fā)展過程當(dāng)中，工業(yè)機器人扮演著非常重要的角色。在當(dāng)前背景下，工業(yè)機器人對生成需求日益提升。一方面，工業(yè)機器人要求具備更加理想的柔性以及開放性，另一方面還要求其具備與工業(yè)生產(chǎn)不同設(shè)備之間的兼容性，使工業(yè)機器人能夠與不同生產(chǎn)設(shè)備形成一套綜合的控制系統(tǒng)。當(dāng)前工業(yè)機器人技術(shù)最前沿的科研成果與物理學(xué)科息息相關(guān)。當(dāng)前對于我國科研機構(gòu)而言，工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為非常關(guān)鍵、非常重要的科研課題。不論是運動學(xué)，還是動力學(xué)都和工業(yè)機器人控制系統(tǒng)具有非常密切的關(guān)聯(lián)。工業(yè)機器人在低速平穩(wěn)運行當(dāng)中，工業(yè)機器人慣性力離心力都是非常微弱的，可以忽略不計。在這種情況下，摩擦力、重力是影響工業(yè)機器人穩(wěn)定性以及動態(tài)性的主要因素。這就充分顯示出工業(yè)機器人控制系統(tǒng)和物理學(xué)具有非常緊密的關(guān)聯(lián)。所以本文從物理學(xué)角度對于工業(yè)機器人控制系統(tǒng)從以下幾個方面展開論述分析。

1工業(yè)機器人控制系統(tǒng)相關(guān)概述

1.1工業(yè)機器人控制系統(tǒng)

機器人是工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的核心和靈魂所在。機器人主要由四大部分組成，第一部分為機器人本體，第二部分是控制系統(tǒng)，第三部分是驅(qū)動，最后一部分為傳感器。因此，從總體上來看，硬件部分以及軟件部分共同組成了工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)。對工業(yè)機器人控制系統(tǒng)在指令傳感器的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制，進(jìn)而使機器人完成相應(yīng)動作或者任務(wù)。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)主要由三部分組成，第一部分是主控單元，第二部分是執(zhí)行機構(gòu)，最后一部分是檢測單元。在以上三個部分當(dāng)中，作為整個控制系統(tǒng)核心和關(guān)鍵的主控單元，對機器人進(jìn)行運動學(xué)計算、進(jìn)行運動規(guī)劃以及插補計算是其主要的功能。通過以上流程，主控單元將運動控制指令向執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行傳輸，在很大程度上控制系統(tǒng)開放性制約著機器人的開放性。這是因為工業(yè)機器人所有動作指令的發(fā)出者均為控制系統(tǒng)。

1.2開放式控制系統(tǒng)

在研究領(lǐng)域，還沒有一個針對工業(yè)機器人控制系統(tǒng)開放性的權(quán)威公認(rèn)的定義。對于開放性，IEEE曾經(jīng)做出過這樣的定義表述，在不同平臺之間，系統(tǒng)在應(yīng)用的時候能夠自由的進(jìn)行移植，而且能夠與其它系統(tǒng)實現(xiàn)相互交互，為用戶提供的交互方式是一致的。對于開放性系統(tǒng)，庫卡機器人集團(tuán)創(chuàng)始人也曾經(jīng)進(jìn)行過定義。開放性系統(tǒng)，計算機和操作系統(tǒng)運行環(huán)境是商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)，同時計算機和操作系統(tǒng)硬件以及軟件接口具有開放性，而且計算機與操作系統(tǒng)的控制器也應(yīng)當(dāng)具備開放式的結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)化模塊化的特征。也就是說，用戶在使用過程當(dāng)中，對機器人僅需通過簡單的指令就能夠進(jìn)行操作。與此同時在工序發(fā)生變化的情況下，對于系統(tǒng)也能夠以最小的代價最短的時間進(jìn)行修改，通過這種修改，能夠?qū)π碌男枨笥枰詽M足。在與機器人有關(guān)的相關(guān)研究課題當(dāng)中，控制系統(tǒng)一直以來是一個非常熱門的研究課題。近年來，對于機器人的研究主要聚焦于其自身技術(shù)以及功能。隨著在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，機器人應(yīng)用廣泛性不斷增強，對于工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)而言，機器人已經(jīng)成為了一個非常重要的標(biāo)準(zhǔn)部件，將生產(chǎn)線上的各種設(shè)備的控制系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)或者工業(yè)總線進(jìn)行有效的連接。對于現(xiàn)在生產(chǎn)裝備而言，形成一個具有綜合性全面性的控制系統(tǒng)，成為了一種重要的發(fā)展趨勢。這對于整個控制系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的流通傳遞共享起到了顯著的加速作用。但是，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，由不同廠家的設(shè)備組成生產(chǎn)設(shè)備，當(dāng)前要將大部分設(shè)備綜合在一起，形成一個綜合全面的自動化，系統(tǒng)存在著比較大的困難。因此，在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，設(shè)備的開放性是一個備受關(guān)注的話題。除了受自身技術(shù)發(fā)展影響之外，工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的開放性等其他影響因素的制約。整體上來看，主要有兩個因素會影響到其開放性。第一，開放的自動化設(shè)備。控制器在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中，會給用戶生產(chǎn)者諸多好處，包括可擴(kuò)展、可聯(lián)網(wǎng)、可移植等等。此外，控制系統(tǒng)開放程度增強的可行性隨著當(dāng)前計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)商品化水平的提升而不斷增強。迄今為止，針對何謂機器人控制系統(tǒng)的開放性還沒有形成一個明確的具有權(quán)威性統(tǒng)一性的定義。整體上來看，開放式主要體現(xiàn)在可擴(kuò)展性、互操作性、可移植性可增減性三個方面?？蓴U(kuò)展性指的就是第三方設(shè)備生產(chǎn)者能夠增加硬件設(shè)備和軟件設(shè)備，使得功能得到擴(kuò)充?；ゲ僮餍缘木褪强刂破鞯暮诵牟糠?，能夠與外界的一個計算機或者多個計算機進(jìn)行信息的交換。可移植性則指的是在不同的環(huán)境下，機器人的應(yīng)用軟件能夠相互之間進(jìn)行移植。可增減性則指的是在實際需求的基礎(chǔ)上，機器人系統(tǒng)的性能以及功能能夠非常便捷化的進(jìn)行增減。如果要實現(xiàn)上述特性、要求，計算機控制系統(tǒng)的硬件應(yīng)當(dāng)是標(biāo)準(zhǔn)化的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有開放性界面。

1.3控制系統(tǒng)的開放性概述

當(dāng)前在國際上，開放式控制系統(tǒng)是重要的發(fā)展趨勢，特別是在發(fā)達(dá)國家在工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng)領(lǐng)域，展開了非常激烈的競爭。GNGC研究計劃之后，美國為了推出模塊化控制系統(tǒng)，又制定了OMAC開發(fā)計劃，希望通過該計劃的實行來提升本國的自動化裝備水平。歐盟對控制系統(tǒng)的開放性要求進(jìn)一步增強，也在積極推行OSICA計劃。在該領(lǐng)域，日本也正在積極部署，日本的很多裝備制造業(yè)企業(yè)聯(lián)合推行OSEC計劃，該計劃推行的主要目的是使得控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的靈活性進(jìn)一步增強。日本的科研機構(gòu)在整個自動化領(lǐng)域之內(nèi)，根據(jù)自身的研究成果，與美國歐洲等國家在該領(lǐng)域的相應(yīng)科研機構(gòu)進(jìn)行廣泛的交流。在相應(yīng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)上達(dá)成一致。在應(yīng)用方面，工業(yè)機器人涉及的領(lǐng)域是非常廣泛的。因此，要使相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)完全統(tǒng)一的困難是非常大的。然而，部分統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)在特定應(yīng)用領(lǐng)域是可行的，而且是非常有幫助的。例如，在半導(dǎo)體工業(yè)自動化制造設(shè)備領(lǐng)域，已經(jīng)有了標(biāo)準(zhǔn)化交互界面，該交互界面由上層監(jiān)控系統(tǒng)與機器生產(chǎn)者用戶，以及上層仿真軟件商品進(jìn)行交互信息的共享?，F(xiàn)階段，在市場當(dāng)中，開放性水平已經(jīng)成為了商品化工業(yè)機器人獲得市場競爭力的關(guān)鍵要素。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的開放性是必須的。得出這一結(jié)論，一方面，是出于機器人技術(shù)發(fā)展趨勢以及發(fā)展方向。另一方面，是出于工業(yè)機器人應(yīng)用的工業(yè)領(lǐng)域自動化發(fā)展需求。但是，不論是從技術(shù)實現(xiàn)的可能性角度來看，還是從技術(shù)成本角度來看，追求嚴(yán)格意義上的開放性體系結(jié)構(gòu)是沒有必要的。目前，在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，機器人系統(tǒng)的數(shù)量是非常龐大的，而且技術(shù)進(jìn)步速度也是令人瞠目結(jié)舌。要制定一個完全的絕對的開放標(biāo)準(zhǔn)，是根本沒有辦法實現(xiàn)的。現(xiàn)階段在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)領(lǐng)域，探討和研究的重點是可行的控制系統(tǒng)開放式結(jié)構(gòu)，使得控制系統(tǒng)的開放程度在現(xiàn)有計算機技術(shù)以及信息技術(shù)發(fā)展成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升。

2工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方式

2.1硬件實現(xiàn)方式

從硬件結(jié)構(gòu)的角度來看，開放式控制系統(tǒng)主要包括兩個部分，第一個部分是基于PC總線系統(tǒng)，第二個部分是基于VME總線系統(tǒng)。在很多方面pc具有突出的優(yōu)勢，例如開放性較強，具有非常理想的軟件開發(fā)環(huán)境，具有較為良好的通訊功能，成本不高。所以對于機器人開放式控制系統(tǒng)而言，當(dāng)前很多機器人廠商將主要研究和開發(fā)對象，其中與基于PC總線系統(tǒng)。因此，基于這一硬件結(jié)構(gòu)的機器人開放式控制系統(tǒng)，主要包括應(yīng)主要包括四種硬件實現(xiàn)方式。第一種硬件實現(xiàn)方式為PC+運動控制卡。第二種硬件實現(xiàn)方式為基于IPC+運動控制卡。第三種硬件實現(xiàn)方式為基于PLC的控制系統(tǒng)。最后一種硬件實現(xiàn)方法為基于PC+工業(yè)實時以太網(wǎng)。第一種硬件實現(xiàn)方式對于PC實時性要求不高，具備開放性這是其主要優(yōu)勢。然而這種硬件實現(xiàn)方式也具有一定的缺陷，例如，對于運動控制卡的要求比較高，同時DSP也需要搭配。對于這種PC+運動控制卡的控制系統(tǒng)的研究比較早。對于機器人運動控制，我國研究學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究，他們所設(shè)計出來的機器人運動控制器對其運動控制的可靠性進(jìn)行了大幅度提升。機器人動態(tài)運動通過國外研究者的不斷研究開發(fā)得以實現(xiàn)。國外研究學(xué)者開發(fā)的自由度機器人控制系統(tǒng)平臺同時可以實現(xiàn)與環(huán)境的快速交互功能。第二種硬件實現(xiàn)方式影響簡單，整體結(jié)構(gòu)也比較緊湊，這是其顯著優(yōu)勢。除此之外，開放性和兼容性也更加理想。這種模式與上一種模式的區(qū)別在于，機器人在PC機上進(jìn)行運動學(xué)求解軌跡規(guī)劃以及插補算法。這種模式對于控制卡的數(shù)據(jù)處理壓力能夠起到非常顯著的緩解作用。與此同時，機器人工控機與運動控制卡在該模式下分工明確，對于基于IPC+運動控制卡的控制系統(tǒng)，我國很多學(xué)者也進(jìn)行了不同程度的研究，如六軸工業(yè)機器點位、軌跡控制的實現(xiàn)等等。第三種硬件實現(xiàn)方式在硬件的連接方面特別簡單，聯(lián)網(wǎng)功能也非常強大。所以基于PLC的控制系統(tǒng)可以對多機器人通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)監(jiān)控。對機器人，我國學(xué)者在ABPLC的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了運動控制。最后一種硬件實現(xiàn)方式的主要優(yōu)勢在于控制效率高、可拓展性強。主要是因為網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展是工業(yè)機器人開放式控制系統(tǒng)將來的主要發(fā)展趨勢和發(fā)展方向。在該領(lǐng)域的研究方面，我國已經(jīng)實現(xiàn)了機器人控制器的分布式網(wǎng)絡(luò)以及計算機的分布式網(wǎng)絡(luò)。與此同時，也實現(xiàn)了對于機器人分布式控制網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控。

2.2軟件實現(xiàn)方法

現(xiàn)階段，在軟件功能的實現(xiàn)方面，大部分研究機構(gòu)的基礎(chǔ)主要以硬件開放式架構(gòu)為主，并在此基礎(chǔ)上，通過開放式純軟件控制技術(shù)藝來實現(xiàn)相應(yīng)的軟件功能。通常情況下，在工控機Windows或者LINUX環(huán)境下，開放式軟件控制進(jìn)行運算，全部的運動控制運算以及邏輯運算，通過軟件本身的內(nèi)核來完成。數(shù)據(jù)的傳輸以及信號的傳輸由硬件負(fù)責(zé)。一部分學(xué)者開發(fā)出了軟件包，適用于機器人控制，該軟件包程序是開源的，通過互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行下載。此外，一部分學(xué)者此外針對純開放式軟件控制技術(shù)，也有一部分學(xué)者進(jìn)行了研究探討。在純開放式軟件控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國研究學(xué)者開發(fā)了純軟件開放式控制系統(tǒng)，并基于該控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了六種工業(yè)機器人的控制。

3基于開放式控制系統(tǒng)的多機器人協(xié)同

針對基于開放式軟件架構(gòu)以及硬件架構(gòu)的多機多機器人協(xié)同用之運動控制，現(xiàn)階段的研究成果相對是比較豐碩的`。例如通過多層等級式的控制體系結(jié)構(gòu)，天津大學(xué)的宋偉科實現(xiàn)了多機器人的系統(tǒng)與主控系統(tǒng)的實時任務(wù)調(diào)度。對于多機器人協(xié)同控制系統(tǒng)的離線編程系統(tǒng)，廖彥京平等學(xué)者進(jìn)行了開發(fā)以及研究。國外主流機器人公司目前已經(jīng)研究開發(fā)出開放式結(jié)構(gòu)控制器，該控制器基于PC和實時以太網(wǎng)。Motoman通過大量的實驗，研制出雙機器人協(xié)調(diào)焊接。KUKA公司實現(xiàn)了機器人在車間的實踐應(yīng)用，將多機器人協(xié)同控制技術(shù)成功地應(yīng)用于奔馳車間，通過自己研發(fā)的IRC5控制器，ABB公司與Robotstudio機器人的編程與離線軌跡規(guī)劃軟件，通過雙機器人協(xié)調(diào)焊接，在開放式結(jié)構(gòu)控制器方面，實現(xiàn)了三臺機器人的精準(zhǔn)聯(lián)動。對于軟件接口以及硬件接口，正是由于開放式控制系統(tǒng)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化定義，因此在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計基礎(chǔ)之上，所設(shè)計出來的第三方軟件以及第三方硬件在向控制系統(tǒng)集成過程當(dāng)中實現(xiàn)就比較簡單了。這對于廠商的依賴性起到了大幅度降低作用。所以，在自身生產(chǎn)需求的基礎(chǔ)上，企業(yè)能夠?qū)υO(shè)備相應(yīng)的增減。現(xiàn)階段，在工業(yè)焊接、工業(yè)焊接、噴涂以及零部件的裝配等領(lǐng)域，多機器人均已得到廣泛的應(yīng)用。

4工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)總體方案

對于整個控制系統(tǒng)而言，機器人硬件系統(tǒng)能夠提供比較理想的物質(zhì)基礎(chǔ)，硬件部分是軟件部分工作的平臺。對于工業(yè)機器人整個控制系統(tǒng)的性能以及擴(kuò)展性而言，控制系統(tǒng)的硬件部分起到了決定性作用，本文在模塊化以及開放性原則要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計如圖1所示的硬件部分?？刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)通過上圖能夠看出，主要通過兩級計算機架構(gòu)的形式來實現(xiàn)控制系統(tǒng)的主體，這種形式的主要優(yōu)勢在于能夠完成相對較為復(fù)雜、精細(xì)的作業(yè)任務(wù)，對于相應(yīng)的任務(wù)，能夠較為精細(xì)、快速、可靠地進(jìn)行分解，能夠并行完成任務(wù)。在硬件架構(gòu)的頂層，利用了具有成熟、可靠以豐富的接口的工控機作為上位機。在需要更換下位機的選擇合適的接口即可。除此之外，上位機的儲存容量以及運算速度也有要求，這是為了更好地處理機器人軌跡規(guī)劃、實現(xiàn)插補算法以及正逆求解機器人。同時，在具體需要的基礎(chǔ)上，工控機可以選擇主流操作系統(tǒng)，如Windows、Linux等，為了在軟件層面，提供機器人控制系統(tǒng)的擴(kuò)展空間，可以安裝比較成熟的軟件工具，例如，可以配置可視化的軟件開發(fā)環(huán)境，例如Qt、MicroSoftVisualC++等。開發(fā)出承擔(dān)機器人控制軟件功能的人機交互界面。對于下位機而言，采用了由Galil公司推出的DMC-2163運動控制卡，運行獨立，能夠?qū)α鶄€電機同時進(jìn)行控制，與上位機等設(shè)備通信過程中，通過RS232以及Ethernet等接口進(jìn)行，運動速度快、可靠性高，為了在完成指令程序的過程中還能夠具備向控制卡中下載、燒錄等功能，Galil還在獨立于上位機運行的控制卡中封裝了指令解析器。

第3篇:工業(yè)機器人論文3000字自動化工業(yè)系統(tǒng)中工業(yè)機器人是一種不可或缺的設(shè)備,為人類社會進(jìn)步和歷史發(fā)展奠定基礎(chǔ)。隨著社會生產(chǎn)力的全面提升,越來越多的勞動力被需要,這就使得逐漸凸顯出重復(fù)勞動力的問題,為了有效解決上述問題,機器人是一種良好措施。雖然工業(yè)機器人研究方面具備一定成績,但是相比國外發(fā)達(dá)國家來說,還是具備一定差距,為此需要進(jìn)一步研究六自由度工業(yè)機器人,集中闡述運動控制系統(tǒng)。

1設(shè)計運動控制系統(tǒng)基本方案

基于六自由度工業(yè)機器人基本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上來構(gòu)建控制系統(tǒng),六自由度工業(yè)機器人運動控制系統(tǒng)主要包括兩個部分：軟件和硬件。軟件主要就是用來完成機器人軌跡規(guī)劃、譯碼和解析程序、插補運算,機器人運動學(xué)正逆解,驅(qū)動機器人末端以及所有關(guān)節(jié)的動作,屬于系統(tǒng)的核心部位。硬件主要就是為構(gòu)建運動控制系統(tǒng)提供物質(zhì)保障[1]。

2設(shè)計硬件控制系統(tǒng)

在六自由度工業(yè)機器人的前提下,利用ARM工控機來設(shè)計系統(tǒng)方案。下位機模塊是DMC-2163控制卡。通過以太網(wǎng)工控機能夠為DMC-2163提供相應(yīng)的命令,依據(jù)命令DMC-2163執(zhí)行程序,并且能夠發(fā)出控制信號。利用伺服放大器對系統(tǒng)進(jìn)行放大以后,驅(qū)動設(shè)備的所有電機進(jìn)行運轉(zhuǎn),保障所有環(huán)節(jié)都能夠進(jìn)行動作。工業(yè)機器人通過DMC-2163輸送電機編碼器的位置信號,然后利用以太網(wǎng)來進(jìn)行反饋,確保能夠?qū)崟r監(jiān)控和顯示機器人的實際情況。第一,DMC-2163控制卡,設(shè)計系統(tǒng)硬件的時候,使用Galil生產(chǎn)的DMC控制器,保障能夠切實滿足設(shè)計的性能和精度需求,選擇DMC-2163控制器來設(shè)計六自由度工業(yè)機器人,依據(jù)系統(tǒng)API來二次開發(fā)工控機。第二,嵌入式ARM工控機。實際操作中為了滿足系統(tǒng)高性能、可靠、穩(wěn)定的需求,使用嵌入式FreescaleIMx6工控機,存在1.2GHz主頻率。Cortex-A9作為CPU，擁有豐富的硬件資源,能夠全面滿足設(shè)計六自由度機器人的需求[2]。

3設(shè)計和實現(xiàn)控制系統(tǒng)軟件

3.1實現(xiàn)NURBS插補依據(jù)系統(tǒng)給定的控制頂點、節(jié)點矢量、權(quán)因子來對NURBS曲線進(jìn)行確定,插補NURBS曲線的關(guān)鍵實際上就是利用插補周期范圍內(nèi)存在的步長折線段來對NURBS曲線進(jìn)行逼近,因此,想要實現(xiàn)NURBS插補就需要切實解決密化參數(shù)和軌跡計算兩方面內(nèi)容。第一,密化參數(shù)。實際上就是依據(jù)空間軌跡中給定的補償來對參數(shù)空間進(jìn)行映射,利用給定步長來計算新點坐標(biāo)和參數(shù)增量。第二,軌跡計算。實際上就是在具體體現(xiàn)空間回軌跡的時候合理應(yīng)用參數(shù)空間坐標(biāo)進(jìn)行反向映射,以便于能夠得到對應(yīng)的映射點,也就是插補軌跡新點坐標(biāo)。為了有效提升插補實時性以及速度,需要進(jìn)行預(yù)處理,確?？梢越档陀嬎懔俊Ｍㄟ^阿當(dāng)姆斯算法,有機結(jié)合前、后向差分來進(jìn)行計算,保障能夠防止計算隱式、復(fù)雜的方程。為了確?？梢杂行У剡M(jìn)行插補計算,設(shè)計過程中通過Matlab平臺進(jìn)行仿真處理[3]。3.2實現(xiàn)ARM工控機基于ARM工控機來展現(xiàn)六自由度工業(yè)機器人運動控制系統(tǒng)的軟件,實際操作中開發(fā)軟件環(huán)境是首要問題,把Linux系統(tǒng)安裝在FreescaleIMx6中,構(gòu)成ubuntu版本的控制系統(tǒng),并且系統(tǒng)中移入嵌入式Qt,并且在ubuntu中移入DMC控制器中的Linux庫[4]。利用圖形用戶界面來設(shè)計軟件,構(gòu)件主體框架的時候合理應(yīng)用QMainWindows,為了能夠全面實現(xiàn)系統(tǒng)所有模塊的基本功能,需要合理應(yīng)用QDialog、QWidget類,通過Qt信號、配置文件、事件管理、全局變量等來展現(xiàn)模塊的信息交流功能?？刂栖浖到y(tǒng)包括以下幾方面內(nèi)容：第一,文檔管理模塊。文檔管理模塊能夠保存文件、重新構(gòu)建文件,是一種可以被DMC-2163解析的文檔二字符指令集,以便于能夠簡單控制代碼測試機器人的軸[5]。第二,與下位機通訊模塊,這部分實際上就是通過DMCComandOM函數(shù)來對編碼器數(shù)值進(jìn)行關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)的獲取,計算運動軌跡的時候應(yīng)用正逆運動學(xué),同時利用DMCdownloadFile()函數(shù),在控制器中下載運動指令。第三,人機界面模塊。這種模塊主要就是用來更新和顯示機器人運動狀態(tài)的,此外也能夠設(shè)置用戶輸入的數(shù)據(jù),保障能夠?qū)崟r監(jiān)控和控制機器人的.基本情況。第四,運動學(xué)分析模塊,在已經(jīng)獲取末端連桿姿態(tài)和位置的基礎(chǔ)上,來對機器人轉(zhuǎn)角進(jìn)行計算的方式就是逆解。在已經(jīng)計算出關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的基礎(chǔ)上,來對空間中機器人姿態(tài)和位置進(jìn)行求解的方式就是運動學(xué)正解。機器人想要正確運行的前提就是運動學(xué)分析模塊,并且對機器人目標(biāo)點是否符合實際情況進(jìn)行分析,保障能夠及時更改錯誤。第五,軌跡規(guī)劃模塊。這種模塊可以為完成基本運動作業(yè)提供依據(jù),不僅可以完成圓弧運動和直線運動,也能夠進(jìn)行NURBS插補,保障能夠自由地進(jìn)行曲線運動。第六,機器人在完成十分復(fù)雜的再現(xiàn)和示教操作的時候,利用再現(xiàn)模式界面來對示教動作進(jìn)行自動操作。第七,設(shè)置系統(tǒng)。設(shè)計的過程中應(yīng)該對系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)置,如限制運動權(quán)限、進(jìn)入系統(tǒng)的密碼、機器人系統(tǒng)參數(shù)等。在設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)的時候,能夠在六自由度工業(yè)機器人中來實現(xiàn)控制系統(tǒng)軟件的基本作用,以此來保障控制軟件系統(tǒng)設(shè)計的性。第八,狀態(tài)顯示模塊。這種模塊可以具體顯示完成作業(yè)的進(jìn)度、機器人安裝的姿態(tài)和位置、控制器I/O。第九,設(shè)置機器人參數(shù),一般來說主要包括伺服驅(qū)動倍頻比/分頻比、運動學(xué)DH參數(shù),六自由度工業(yè)機器人設(shè)計結(jié)構(gòu)取決于DH參數(shù);機器人DMC控制卡輸送單個脈沖過程中的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度取決于倍頻比/分頻比[6]。3.3運行系統(tǒng)軟件軟件控制系統(tǒng)設(shè)計中成功測試各模塊以后,在程序主框架中進(jìn)行合理應(yīng)用,以便于設(shè)計實現(xiàn)機器人系統(tǒng)。成功測試系統(tǒng)軟件以后具備運動控制系統(tǒng)的基本功能。

4結(jié)語

綜上,在基于目前已經(jīng)存在的六自由度機器人系統(tǒng)上來設(shè)計運動控制系統(tǒng),嵌入式ARM工控機和DMC-2163控制卡是硬件系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。在Ubuntu的基礎(chǔ)上構(gòu)建Qt平臺,此時合理科學(xué)地設(shè)計軟件系統(tǒng)。此外把NUBRS插補計算方式融入到控制系統(tǒng)中,保障在軌跡空間中機器人末端能夠形成自由曲線軌跡。運動控制系統(tǒng)為機器人提供圖形界面,能夠為系統(tǒng)運行提供比較好的擴(kuò)展性、高性,并且操作也十分方便,因此這種運動控制系統(tǒng)應(yīng)用具備廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]張鵬程,張鐵.基于矢量積法的六自由度工業(yè)機器人雅可比矩陣求解及奇異位形的分析[J].機械設(shè)計與制造,(8):152-154.

[2]張鵬程,張鐵.基于包絡(luò)法六自由度工業(yè)機器人工作空間的分析[J].機械設(shè)計與制造,(10):164-166.