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机器人控制系统结构

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2017.12.12
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天曜机电小编为大家普及,机器人控制系统按其控制方式可分为三类。1.集中控制系统(CetralizedCotrolSytem):用一台计算机实…

天曜机电小编为大家普及,机器人控制系统按其控制方式可分为三类。

1.集中控制系统(Centralized Control System ):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,在早期的机器人中常采用这种结构。

基于PC 的集中控制系统里,充分利用了PC 资源开放性的特点,可以实现很好的开放性:多种控制卡,传感器设备等都可以通过标准PCI插槽或通过标准串口、并口集成到控制系统中。

集中式控制系统的优点是:硬件成本较低,便于信息的采集和分析,易于实现系统的最优控制,整体性与协调性较好,基于PC 的系统硬件扩展较为方便。

其缺点也显而易见:系统控制缺乏灵活性,控制危险容易集中,一旦出现故障,其影响面广,后果严重;由于工业机器人的实时性要求很高,当系统进行大量数据计算,会降低系统实时性,系统对多任务的响应能力也会与系统的实时性相冲突;此外,系统连线复杂,会降低系统的可靠性。

2.主从控制系统: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。

3.分散控制系统(Distribute Control System ):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。

其主要思想是“分散控制,集中管理”,即系统对其总体目标和任务可以进行综合协调和分配,并通过子系统的协调工作来完成控制任务,整个系统在功能、逻辑和物理等方面都是分散的,所以DCS 系统又称为集散控制系统或分散控制系统。

这种结构中,子系统是由控制器和不同被控对象或设备构成的,各个子系统之间通过网络等相互通讯。分布式控制结构提供了一个开放、实时、精确的机器人控制系统。分布式系统中常采用两级控制方式。

两级分布式控制系统,通常由上位机、下为机和网络组成。上位机可以进行不同的轨迹规划和控制算法,下位机进行插补细分、控制优化等的研究和实现。上位机和下位机通过通讯总线相互协调工作,这里的通讯总线可以是RS-232、RS-485、EEE-488 以及USB 总线等形式。

现在,以太网和现场总线技术的发展为机器人提供了更快速、稳定、有效的通讯服务。尤其是现场总线,它应用于生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向多结点数字通信,从而形成了新型的网络集成式全分布控制系统—现场总线控制系统FCS ( Filed bus Control System )。

在工厂生产网络中,将可以通过现场总线连接的设备统称为“现场设备/仪表”。从系统论的角度来说,工业机器人作为工厂的生产设备之一,也可以归纳为现场设备。

在机器人系统中引入现场总线技术后,更有利于机器人在工业生产环境中的集成。

机器人控制系统结构

分布式控制系统的优点在于:系统灵活性好,控制系统的危险性降低,采用多处理器的分散控制,有利于系统功能的并行执行,提高系统的处理效率,缩短响应时间。

对于具有多自由度的工业机器人而言,集中控制对各个控制轴之间的藕合关系处理得很好,可以很简单的进行补偿。但是,当轴的数量增加到使控制算法变得很复杂时,其控制性能会恶化。而且,当系统中轴的数量或控制算法变得很复杂时,可能会导致系统的重新设计。与之相比,分布式结构的每一个运动轴都由一个控制器处理,这意味着,系统有较少的轴间祸合和较高的系统重构性。

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