浅析工业机器人开放式控制系统范文

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摘要：我国社会经济不断发展，科学技术水平显著提升，在现代信息技术迅猛发展的背景下，工业机器人数量明显增多。工业机器人具有开放性特征，现具体探讨工业机器人的开放式控制系统，希望能为相关人士提供一些参考。

关键词：工业机器人；开放性；控制系统

引言

进入新世纪以来，我国的工业生产水平不断提升，同时工业机器人的研制取得了显著成效。为了适应现代化工业生产，需要对工业机器人进行柔性控制，提供良好的编程环境，使工业机器人适用于不同的场合。为了发挥工业机器人的应用效果，需要采用机器人控制系统，形成多元化的软件功能模块。机器人开放式控制系统的应用效果较好，可维护性较强，利用它可以根据工业机器人的应用需要调整功能模块，对工业机器人的运动轨迹进行合理规划。

1硬件体系

1.1结构方案就目前来看，当前我国工业机器人的开放式控制系统基本形成。在控制系统形成的过程中，软件体系和硬件体系承担着不同的工作职能。工业机器人开放式控制系统的硬件体系主要分为以下两类：第一类硬件体系结构以VME总线为基础，第二类硬件体系结构以PC总线为基础。后一种硬件体系结构采用了两种工作形式：第一种是IPC机加运动控制接口卡。接口卡本身并没有中央处理器，因此只能对关节量数据进行获取，并将获取的关节量数据传送到IPC机之中。IPC机对数据进行计算，得出控制量，并通过接口板对其进行转换，使其成为伺服电机的控制量。工业机器人具有实时性，因此IPC机往往形成了实时的操作系统，如WINDOWSCE等操作系统。除了上述具体化的操作系统外，也可以采用一般的操作系统，加上实时扩展环境，形成系统完备的软件开发环境，获取更加丰富的资源。IPC机加运动控制接口卡构建的控制系统有其优势特征，如灵活性较强、拓展能力较强等，但是该控制系统的开发难度比较大，价格也比较昂贵。第二种是IPC机加上运动控制卡[1]。近几年来，我国的科学技术突飞猛进，以DSP为核心的运动控制卡得到优化，其商品性特征更加突出。以DSP为核心的运动控制卡可以对多轴运动进行控制，使其在一块卡上实现集成。运动控制卡可以实时完成伺服运动的控制，IPC机则担任系统管理、状态监控等职责。与第一种工作形式相比，IPC机加上运动控制卡的形式实效性更强，因此可以选用WINDOWSXP的控制系统，开展工业机器人控制系统的研究。

1.2硬件结构PMAC是多任务计算机，可以在同一台计算机上实时完成多项任务，并对任务进行科学排序，优先解决重要任务，完成伺服运动控制的细节。PMAC的适应性非常强，可以对电机进行有效控制，适应多种硬件平台。在PMAC计算机的作用下，检测元件的反馈信息更加及时。示教盒和工业PC机相互连接，二者在USB的功用下实现信息交换。示教盒对工业机器人控制系统产生重要作用，机器人和机器人之间的连接通过以太网进行。多任务计算机和工业PC机联系在一起，二者的通信主要通过PCI总线方式完成，有时也通过DPRAM方式完成。采用后一种方式，数据存储的速度将明显加快，而且不需要较多的等待时间。在发送命令之后，数据自动存储。多任务计算机有着重要的信息反馈功能，可以对重要数据信息进行反馈。用户可以通过使用多任务计算机的M变量来指定寄存器，寄存器在DPRAM中。主机使用这一方式可以快速下载数据，且数据下载的重复性不会受到限制。多任务计算机获得状态信息，相关人员可以依靠状态信息判断伺服电机的运行情况、伺服电机的位置、系统运行的速度等，提升工业机器人控制系统的工作效率[2]。在对伺服轴进行控制时，应该充分利用多任务计算机的运动程序。工业PC机和多任务计算机担任的工作职能有所不同，前者需要完成上层运动规划，并通过解释器来转换工业机器人的操作指令，实现工业机器人和多任务计算机的连接。将多任务计算机的运动程序下载下来，执行工业机器人的操作指令，可以完成伺服运动行为。使用多任务计算机的ACC-32AA板可以对工业机器人本体数据进行输入和输出。在处理数据时，可以将其传送到PC机上，这样可以适应不同的运动控制卡。

2软件体系

2.1体系结构进入工业化时代之后，不同学者对工业机器人软件控制体系结构提出了自己的观点和意见。国外很多学者构建了功能型分层式的体系结构，对工业机器人控制系统的功能进行了分层，但是保留中心决策层。分布式功能层在工业机器人控制系统中主要担任如下的工作任务：第一，对不同功能的控制模块进行统一调配，对数据资源进行传送，将关键数据资源发送到系统中。第二，对系统服务进行有效控制，当接收服务请求后，会实现发送方和服务供给模块的相互连接。第三，对应用模块进行调整，充分满足用户需求，对应用模块的位置进行调试。通用模块的功能不同，其组合之后的功能也呈现出较大的差异性。在模块执行时，可以应用POSTER进行数据交换。POSTER是一种可以共享的存储器，这一共享存储器适用于系统内部的所有组件，其结构化特征也比较明显。在POSTER的作用下，数据的连续性得以公开。ORC是软件体系结构，这一软件体系结构面向不同用户，考察了用户的层次需求，集成了工业机器人的控制框架、编程框架等。ORC这一体系结构对复杂系统进行了划分，将复杂系统分成了不同的可处理部分，每个部分有接口，形成了不同的层次模型。ORC的模型对控制系统进行了划分，控制系统包括伺服层次、系统层次和用户层次，不同的功能模块采用差异化编译方式，系统的应用功能得以完整呈现[3]。随着科学技术的不断发展，工业机器人研究迈向了一个新的台阶，软件体系结构的框架不断更新，工业机器人软件系统的设计水平显著提升。

2.2模块说明工业机器人控制系统软件体系结构构建了完整模型，操作者发送指令，达到终端用户层，终端用户层传递信息至系统层，再达到伺服层，最终发送给机器人本体。在上述工作过程中，示教盒和系统层之间的连接方式仍然为USB，终端用户层担任数据传递的任务，系统层担任机器人语言转换的任务，伺服层担任运动控制的任务。为了使工作流程更加便捷，采用不同计算机来进行实际操作。终端用户层在示教盒上，操作系统为WINDOWSCE；系统层在IPC机上，操作系统是WINDOWSXP；伺服层在多任务计算机上，操作系统是多任务计算机的操作系统。工业机器人功能的实现，就以上述三台计算机之间的相互配合作为基础。相关工作人员需要根据工业机器人的实际工业需求，对不同层次的软件环境和硬件环境进行优化。层次交互的部分需要被提取出来作为远程程序集。从操作者应用的角度来看，可以将软件系统划分为以下四个模块：第一模块是系统管理模块，主要包括控制参数、工艺参数和状态参数，需要对上述三个参数进行确认和调试；第二模块是系统加工模块，主要包括示教编程、示教检查、工作再现，需要保证系统加工的有效性；第三模块是系统监控模块，包括状态监控和故障诊断，需要检查可疑数据，判断设备运行状态；第四模块是辅助功能模块，包括故障恢复、系统调试、文件管理、账号管理等，可以判断当前工业机器人的工作情况是否正常。

3结语

综上所述，我国的工业飞速发展，信息技术水平显著提升，工业机器人的应用范围越来越广泛。工业机器人具有开放式特征，为了提高工业机器人的运作效率，发挥工业机器人的应用价值，应该对工业机器人的控制系统进行优化。

［参考文献］

[1]王振华，许琳娜，兰雪艳.基于WinCE的开放式6R工业机器人控制系统研究与开发[J].组合机床与自动化加工技术，2018（6）：76-80.

[2]杨亚.基于MFC控制程序的开放式工业机器人控制系统设计探究[J].内燃机与配件，2017（24）：18-19.

[3]田茂胜，唐小琦，孟国军，等.基于嵌入式PC的工业机器人开放式控制系统交互控制的实现[J].计算机应用，2010，30（11）：3087-3090.

作者：徐晓应 单位：珠海格力智能装备有限公司