工业机器人控制的功能、组成和分类

1. 对机器人控制系统的一般要求
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：
•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。
•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。
•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。
•坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。
•人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。
•传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。
•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。
•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。

2．机器人控制系统的组成（图1）
（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
1）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。
2）Fieldbus接口：支持多种流行的现场总线规格，如Device net、AB Remote I/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。

3．机器人控制系统分类
•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。
•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。
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。
驱动方式：参见工业机器人驱动系统。
运动方式：
•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；
•轨迹式。要求机器人按示教的轨迹和速度运动。
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。
•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。
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。
•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（即手把手示教）模拟示教和示教盒示教。
•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，生成示教程序，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。

4．机器人控制系统结构
机器人控制系统按其控制方式可分为三类。
•集中控制方式：用一台计算机实现全部控制功能，结构简单，成本低，但实时性差，难以扩展，其构成框图如图2所示。
•主从控制方式：采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从CPU实现所有关节的动作控制。其构成框图如图3所示。主从控制方式系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
•分散控制方式：按系统的性质和方式将系统控制分成几个模块，每一个模块各有不同的控制任务和控制策略，各模式之间可以是主从关系，也可以是平等关系。这种方式实时性好，易于实现高速、高精度控制，易于扩展，可实现智能控制，是目前流行的方式，其控制框图如图4所示。