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機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為三類(lèi)。

　　1）集中控制系統(tǒng)（CentralizedControlSystem）：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但實(shí)時(shí)性差，難以擴(kuò)展，在早期的機(jī)器人中常采用這種結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成框圖，如圖2所示?；赑C的集中控制系統(tǒng)里，充分利用了PC資源開(kāi)放性的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很好的開(kāi)放性：多種控制卡，傳感器設(shè)備等都可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)PCI插槽或通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串口、并口集成到控制系統(tǒng)中。集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的*控制，整體性與協(xié)調(diào)性較好，基于PC的系統(tǒng)硬件擴(kuò)展較為方便。其缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)：系統(tǒng)控制缺乏靈活性，控制危險(xiǎn)容易集中，一旦出現(xiàn)故障，其影響面廣，后果嚴(yán)重；由于工業(yè)機(jī)器人的實(shí)時(shí)性要求很高，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)算，會(huì)降低系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)的響應(yīng)能力也會(huì)與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性相沖突；此外，系統(tǒng)連線(xiàn)復(fù)雜，會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。

　　2）主從控制系統(tǒng)：采用主、從兩級(jí)處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能。主CPU實(shí)現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等：從CPU實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動(dòng)作控制。其構(gòu)成框圖，如圖3所示。主從控制方式系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較好，適于高精度、高速度控制，但其系統(tǒng)擴(kuò)展性較差，維修困難。

　　3）分散控制系統(tǒng)（DistributeControlSystem）：按系統(tǒng)的性質(zhì)和方式將系統(tǒng)控制分成幾個(gè)模塊，每一個(gè)模塊各有不同的控制任務(wù)和控制策略，各模式之間可以是主從關(guān)系，也可以是平等關(guān)系。這種方式實(shí)時(shí)性好，易于實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制，易于擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)智能控制，是目前流行的方式，其控制框圖如圖4所示。其主要思想是“分散控制，集中管理”，即系統(tǒng)對(duì)其總體目標(biāo)和任務(wù)可以進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)和分配，并通過(guò)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作來(lái)完成控制任務(wù)，整個(gè)系統(tǒng)在功能、邏輯和物理等方面都是分散的，所以DCS系統(tǒng)又稱(chēng)為集散控制系統(tǒng)或分散控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)中，子系統(tǒng)是由控制器和不同被控對(duì)象或設(shè)備構(gòu)成的，各個(gè)子系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等相互通訊。分布式控制結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)開(kāi)放、實(shí)時(shí)、精確的機(jī)器人控制系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)中常采用兩級(jí)控制方式。

　　兩級(jí)分布式控制系統(tǒng)?通常由上位機(jī)、下為機(jī)和網(wǎng)絡(luò)組成。上位機(jī)可以進(jìn)行不同的軌跡規(guī)劃和控制算法，下位機(jī)進(jìn)行插補(bǔ)細(xì)分、控制優(yōu)化等的研究和實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)和下位機(jī)通過(guò)通訊總線(xiàn)相互協(xié)調(diào)工作，這里的通訊總線(xiàn)可以是RS-232、RS-485、EEE-488以及USB總線(xiàn)等形式。現(xiàn)在，以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展為機(jī)器人提供了更快速、穩(wěn)定、有效的通訊服務(wù)。尤其是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，它應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向多結(jié)點(diǎn)數(shù)字通信，從而形成了新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)—現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng) FCS（FiledbusControlSystem）。在工廠(chǎng)生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中，將可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)連接的設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為“現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備/儀表”。從系統(tǒng)論的角度來(lái)說(shuō)，工業(yè)機(jī)器人作為工廠(chǎng)的生產(chǎn)設(shè)備之一，也可以歸納為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。在機(jī)器人系統(tǒng)中引入現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)后，更有利于機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的集成。

　　分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：系統(tǒng)靈活性好，控制系統(tǒng)的危險(xiǎn)性降低，采用多處理器的分散控制，有利于系統(tǒng)功能的并行執(zhí)行，提高系統(tǒng)的處理效率，縮短響應(yīng)時(shí)間。

　　對(duì)于具有多自由度的工業(yè)機(jī)器人而言，集中控制對(duì)各個(gè)控制軸之間的藕合關(guān)系處理得很好，可以很簡(jiǎn)單的進(jìn)行補(bǔ)償。但是，當(dāng)軸的數(shù)量增加到使控制算法變得很復(fù)雜時(shí)，其控制性能會(huì)惡化。而且，當(dāng)系統(tǒng)中軸的數(shù)量或控制算法變得很復(fù)雜時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)。與之相比，分布式結(jié)構(gòu)的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)軸都由一個(gè)控制器處理，這意味著，系統(tǒng)有較少的軸間禍合和較高的系統(tǒng)重構(gòu)性。

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