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22世紀現代工業機器人控制器技術
2014-07-31 10:25:52隨著中國“用工荒”的進一步上演，越來越多的企業考慮用機器人來替代工人以應對這種局面，這也使得工業機器人市場需求進一步加大，各地紛紛結合自有優勢發展工業機器人產業。
機器人系統的結構由機器人的機構部分、傳感器組、控制部分及信息處理部分組成。其中控制系統是機器人產業的一個核心環節，如何設計好一個機器控制系統是行業發展的關鍵。
目前，機器人控制系統將向著基于PC機的開放型控制器方向發展，便于標準化、網絡化，伺服驅動技術的數字化和分散化。近幾年，日本、美國和歐洲一些國家都在開發具有開放式結構的機器人控制器，如日本安川公司基于PC開發的具有開放式結構、網絡功能的機器人控制器。我國863計劃智能機器人主題也已對這方面的研究立項，以下看下機器人控制目前發展的現狀。
機器人控制器研發現狀
目前機器人控制器多采用計算能力較強的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片組成。在機器人運動控制器方面，其研究主要集中在美國和日本，并有成熟的產品，如美國DELTATAU公司、日本朋立株式會社等。其運動控制器以DSP技術為核心，采用基于PC的開放式結構。
一般工業機器人公司都有自己獨立的開發環境和獨立的機器人編程語言，如日本Motoman公司、德國kuka公司、美國的Adept公司、瑞典的abb公司等。很多大學在機器人開發環境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作，提供了很多開放源碼，可在部分機器人硬件結構下進行集成和控制操作，目前已在實驗室環境下進行了許多相關實驗。
ABB機器人控制器IRC5由一個控制模塊和一個驅動模塊組成，可選增一個過程模塊以容納定制設備和接口，如點焊、弧焊和膠合等。配備這三種模塊的靈活型控制器完全有能力控制一臺6軸機器人外加伺服驅動工件定位器及類似設備。控制模塊采用開放式系統架構，配備基于商用Intel主板和處理器的工業PC機以及PCI總線。由于采用標準組件，用戶不必擔心設備淘汰問題，隨著計算機處理技術的進步能隨時進行設備升級。
庫卡開發了一個全新的、結構清晰且注重使用開放高效數據標準的系統架構。這個系統架構中集成的所有安全控制(SafetyControl)、機器人控制(RobotControl)、運動控制(MotionControl)、邏輯控制(LogicControl)及工藝過程控制(ProcessControl)均擁有相同的數據基礎和基礎設施并可以對其進行智能化使用和分享。KUKA機器人控制軟件運行于WindowsXP+VxWorks平臺，既可以提供良好的人機交互界面，又能提供精確的實時控制。
Keba與ABB和庫卡不同，她不是機器人生產商，他的產品是工業級伺服控制系統，能夠實現多自由度機器人的控制，該控制系統中通過VxWorks平臺或者Windows+RTX實時擴展平臺保證軟件運行環境的實時性，通過運動規劃和運動控制單元可以實現對總線式伺服驅動器的控制，從而達到對機器人的精確控制。通過上述分析，可以得到如下表所示的各國機器人*廠商其機器人控制系統在實時性，運動控制功能以及可擴展性等方面的比較。
VxWorks中運行了兩套軟件，分別是RobotControl和SoftPLC，它們組合在一起構成了控制系統軟件的核心。其中RobotControl是負責機器人的運動控制，包括機器人的軌跡規劃和插補操作，而SoftPLC則負責外圍信號采樣、邏輯控制等功能。
從機器人產業發展來看，對機器人軟件開發環境有兩方面的需求。一方面是來自機器人*終用戶，他們不僅使用機器人，而且希望能夠通過編程的方式賦予機器人更多的功能，這種編程往往是采用可視化編程語言實現的，如樂高MindStormsNXT的圖形化編程環境和微軟RoboticsStudio提供的可視化編程環境。
隨著機器人控制技術的發展，針對結構封閉的機器人控制器的缺陷，開發“具有開放式結構的模塊化、標準化機器人控制器”是當前機器人控制器的一個發展方向。
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