淺析工業(yè)機(jī)器人開放式控制系統(tǒng)

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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,對工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動軌跡進(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(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)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算,得出控制量,并通過接口板對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換,使其成為伺服電機(jī)的控制量。工業(yè)機(jī)器人具有實時性,因此IPC機(jī)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(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(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,價格也

4、比較昂貴。第二種是IPC機(jī)加上運(yùn)動控制卡[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)動控制卡可以對多軸運(yùn)動進(jìn)行控制,使其在一塊卡上實現(xiàn)集成。運(yùn)動控制卡可以實時完成伺服運(yùn)動的控制,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)動控制卡的形式實效性更強(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)計算機(jī),可以在同一臺計算機(jī)上實時完成多項任務(wù),并對任務(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)動控制的細(xì)節(jié)。PMAC的適應(yīng)性

5、非常強(qiáng),可以對電機(jī)進(jìn)行有效控制,適應(yīng)多種硬件平臺。在PMAC計算機(jī)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(jī)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(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(wù)計算機(jī)有著重要的信息反饋功能,可以對重要數(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)性不會受到限制。多任務(wù)計算機(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]。在對伺服軸進(jìn)行控制時,應(yīng)該充分利用多任務(wù)計算機(jī)的運(yùn)動程序。工業(yè)PC機(jī)和多任務(wù)計算機(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,實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人和多任務(wù)計算機(jī)的連接。將多任務(wù)計算機(jī)的運(yùn)動程序下載下來,執(zhí)行工業(yè)機(jī)器人的操作指令,可以完成伺服運(yùn)動行為。使用多任務(wù)計算機(jī)的ACC-32AA板可以對工業(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,可以將其傳送到PC機(jī)上

7、,這樣可以適應(yīng)不同的運(yùn)動控制卡。 2軟件體系 2.1體系結(jié)構(gòu)進(jìn)入工業(yè)化時代之后,不同學(xué)者對工業(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,對不同功能的控制模塊進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配,對數(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,對系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行有效控制,當(dāng)接收服務(wù)請求后,會實現(xiàn)發(fā)送方和服務(wù)供給模塊的相互連接。第三,對應(yīng)用模塊進(jìn)行調(diào)整,充分滿足用戶需求,對應(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,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(jī)器人的控制框架、編程框架等。ORC這一體系結(jié)構(gòu)對復(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(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新的臺階,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)動控制的任務(wù)。為了使工作流程更加便捷,采用不同計算機(jī)來進(jìn)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(jī)上,操作系統(tǒng)是WINDOWSXP;伺

10、服層在多任務(wù)計算機(jī)上,操作系統(tǒng)是多任務(wù)計算機(jī)的操作系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人功能的實現(xiàn),就以上述三臺計算機(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)器人的實際工業(yè)需求,對不同層次的軟件環(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(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)用價值,應(yīng)該對工業(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)交互控制的實現(xiàn)[J].計算機(jī)應(yīng)用,2010,30(11):3087-3090.

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