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廈門莫格電氣自動化有限公司
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機器人控制系統(tǒng)結構
機器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為三類。
1）集中控制系統(tǒng)（CentralizedControlSystem）：用一臺計算機實現全部控制功能，結構簡單，成本低，但實時性差，難以擴展，在早期的機器人中常采用這種結構，其構成框圖，如圖2所示?；赑C的集中控制系統(tǒng)里，充分利用了PC資源開放性的特點，可以實現很好的開放性：多種控制卡，傳感器設備等都可以通過標準PCI插槽或通過標準串口、并口集成到控制系統(tǒng)中。集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實現系統(tǒng)的*控制，整體性與協(xié)調性較好，基于PC的系統(tǒng)硬件擴展較為方便。其缺點也顯而易見：系統(tǒng)控制缺乏靈活性，控制危險容易集中，一旦出現故障，其影響面廣，后果嚴重；由于工業(yè)機器人的實時性要求很高，當系統(tǒng)進行大量數據計算，會降低系統(tǒng)實時性，系統(tǒng)對多任務的響應能力也會與系統(tǒng)的實時性相沖突；此外，系統(tǒng)連線復雜，會降低系統(tǒng)的可靠性。
2）主從控制系統(tǒng)：采用主、從兩級處理器實現系統(tǒng)的全部控制功能。主CPU實現管理、坐標變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等：從CPU實現所有關節(jié)的動作控制。其構成框圖，如圖3所示。主從控制方式系統(tǒng)實時性較好，適于高精度、高速度控制，但其系統(tǒng)擴展性較差，維修困難。
3）分散控制系統(tǒng)（DistributeControlSystem）：按系統(tǒng)的性質和方式將系統(tǒng)控制分成幾個模塊，每一個模塊各有不同的控制任務和控制策略，各模式之間可以是主從關系，也可以是平等關系。這種方式實時性好，易于實現高速、高精度控制，易于擴展，可實現智能控制，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)對其總體目標和任務可以進行綜合協(xié)調和分配，并通過子系統(tǒng)的協(xié)調工作來完成控制任務，整個系統(tǒng)在功能、邏輯和物理等方面都是分散的，所以DCS系統(tǒng)又稱為集散控制系統(tǒng)或分散控制系統(tǒng)。這種結構中，子系統(tǒng)是由控制器和不同被控對象或設備構成的，各個子系統(tǒng)之間通過網絡等相互通訊。分布式控制結構提供了一個開放、實時、精確的機器人控制系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)中常采用兩級控制方式。
兩級分布式控制系統(tǒng)?通常由上位機、下為機和網絡組成。上位機可以進行不同的軌跡規(guī)劃和控制算法，下位機進行插補細分、控制優(yōu)化等的研究和實現。上位機和下位機通過通訊總線相互協(xié)調工作，這里的通訊總線可以是RS-232、RS-485、EEE-488以及USB總線等形式?，F在，以太網和現場總線技術的發(fā)展為機器人提供了更快速、穩(wěn)定、有效的通訊服務。尤其是現場總線，它應用于生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向多結點數字通信，從而形成了新型的網絡集成式全分布控制系統(tǒng)—現場總線控制系統(tǒng) FCS（FiledbusControlSystem）。在工廠生產網絡中，將可以通過現場總線連接的設備統(tǒng)稱為“現場設備/儀表”。從系統(tǒng)論的角度來說，工業(yè)機器人作為工廠的生產設備之一，也可以歸納為現場設備。在機器人系統(tǒng)中引入現場總線技術后，更有利于機器人在工業(yè)生產環(huán)境中的集成。
分布式控制系統(tǒng)的優(yōu)點在于：系統(tǒng)靈活性好，控制系統(tǒng)的危險性降低，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，縮短響應時間。
對于具有多自由度的工業(yè)機器人而言，集中控制對各個控制軸之間的藕合關系處理得很好，可以很簡單的進行補償。但是，當軸的數量增加到使控制算法變得很復雜時，其控制性能會惡化。而且，當系統(tǒng)中軸的數量或控制算法變得很復雜時，可能會導致系統(tǒng)的重新設計。與之相比，分布式結構的每一個運動軸都由一個控制器處理，這意味著，系統(tǒng)有較少的軸間禍合和較高的系統(tǒng)重構性。
07KP60R101GJV3074360R101
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