工业机器人技术基础-第5章工业机器人控制系统PPT资料.pptx
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,(3)(4)(5)(6)(7)(8),:
由各种操作按键、状态指示灯构成;
存储机器人工作程序的外围存储器;
各种状态和控制命令的输人或输出;
记录需要输出的各种信息;
用于信息的自动检测,实现机器人柔顺控制;
完成机器人各关节位置、速度和加速度控制;
(9)(10),:
用于和机器人配合的辅助设备控制;
实现机器人和其他设备的信息交换;
:
也称伺服驱动器,为中间环节。
(11)(12),:
可通过以太网实现数台或单台机器人的直,接通信,数据传输速率高达/;
支持多种流行的现场总线规格,如:
Devicenet、ABRemoteI/0、Inter-bus-s、profibus-DP、M-NET等。
用一台计算机实现全部控制功能,采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能,系统控制的每一个模块各有不同的控制任务和控制策略,1、集中控制系统基于的集中控制系统里,充分利用资源开放性的特点,开放性好,多种控制卡,传感器设备等都可通过标准插槽或通过标准串口、并口集成到控制系统中。
结构简单,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,基于的系统硬件扩展较为方便。
由于工业机器人控制涉及位置控制、速度控制、加速度控制、轨迹规划等各种数据,对实时性要求较高,但集中控制系统类型在实时性方面存在缺陷。
2、主从控制系统主实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等;
从实现所有关节的动作控制。
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、分散控制系统按系统的性质和方式将系统控制分成几个模块,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。
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。
生产设备,示教盒,操作台,接口,计算机,感觉系统与接口,公用内存,一级控制,二级控制,伺服电动机,号单片机,号单片机,号单片机,/,速度控制,脉宽调制放大器,码盘测速发电机,伺服单元,图5-2分散式控制框图,分散控制系统是目前流行的方式,其控制框图如图所示。
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,下位机,相互协调工作通讯总线可以是RS-232、RS-485、EEE-488以及USB总线等形式,可以进行不同的轨迹规划和控制算法进行插补细分、控制优化等的研究和实现现在,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(FiledbusControlSystem)。
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,缩短响应时间分布式结构对于具有多自由度的工业机器人而言,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,甚至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,系统有较少的轴间耦合和较高的系统重构性。
(1)操作系统是一种嵌入式实时操作系统(RTOS),是Tornado嵌入式开发环境的关键组成部分。
工业机器人是实时性要求极高的工业装备,ABB、KUKA等均选用VxWorks作为主控制器操作系统。
(2)是美国微软公司推出的嵌入式实时操作系统,与Windows系列有较好的兼容性。
其丰富的开发资源对于在示教器等开发上具有较好的优势,如ABB等公司采用WindowsCE开始示教器系统。
机器人操作系统,是工业机器人控制系统的“软部分”,实质上都是采用了嵌入式实时操作系统。
(3)嵌入式由于其源代码公开,人们可以任意修改,以满足自己的应用。
其中大部分都遵从GPL,是开放源代码和免费的,可以稍加修改后应用于用户自己的系统;
有庞大的开发人员群体,无需专门的人才,只要懂Unix/Linux和C语言即可;
支持的硬件数量庞大。
众多中小型机器人公司和科研院所选择Linux作为机器人操作系统。
(4)/是著名的源代码公开的实时内核,是专为嵌入式应用设计的,可用于8位,16位和32位单片机或数字信号处理器(DSP)。
它的主要特点是公开源代码、可移植性好、可固化、可裁剪性、占先式内核、可确定性等。
该系统在教学机器人、服务机器人、工业机器人科研等领域得到较多的应用。
工业机器人的驱动系统是直接驱使各运动部件动作的机构,对工业机器人的性能和功能影响很大。
工业机器人驱动方式主要有:
液压式、气动式和电动式。
利用各种电动机产生的力矩和力,直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构,以压缩空气为动力源驱动,气动执行机构包括气缸、气动马达,以有压力的油液作为传递工作介质,实现机器人的动力传递和控制,由于低惯量,大转矩交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器的广泛采用,电动驱动系统在机器人中被大量选用。
该类系统不需能量转换,使用方便,控制灵活。
适用于承载能力大,惯量大以及在防焊环境中工作的机器人。
但液压系统需进行能量转换,速度控制多数情况下采用节流调速,效率比电动驱动系统低。
具有速度快、系统结构简单、维修方便、价格低等特点。
适用于中、小负荷的机器人。
但因难于实现伺服控制,多用于程序控制的机械人中,如在冲压机器人。
包括同步型交流伺服电动机及反应式步进电动机等。
伺服电动机一般需要配套伺服驱动器构成伺服驱动系统。
包括小惯量永磁直流伺服电动机、印制绕组直流伺服电动机、大惯量永磁直流伺服电动机、空心杯电枢直流伺服电动机。
包括永磁感应步进电动机。
步进电动机和驱动器构成步进驱动系统,一般应用在对位置等精度要求较低的开环控制系统中。
当前,业界一般公认所谓工业机器人“四大家族”品牌是、安川、,国产工业机器人也取得了良好的市场份额。
本节介绍了国内外典型工业机器人系统,并以固高的可重组工业机器人系统进行了案例分析和拓展。
本节导入,为目前最新推出的控制系统机器人大部分用于焊接、喷涂及搬运用图5-3ABB公司IRB1410机器人,图所展示的机器人型号为IRB1410,其承重能力为5KG,上臂可承受18KG的附加载荷,最大工作半径1444mm,常用于焊接与范搬运,具有再扩展一个外部轴的能力。
图5-4ABB公司IRC5控制系统,(变压器),(主计算机),(轴计算机),(串口测量板),(齿轮箱),(编码器),(电机),(驱动板),IRC5控制系统由主电源、计算机供电单元、计算机控制模块(计算机主体)、输入输出板、Customerconnections(用户连接端口()、FlexPendant接口(示教盒接线端)、轴计算机板、驱动单元(机器人本,体、外部轴)等组成,其情况如图所示。
图5-5KUKA控制系统结构,机器人程序,控制程序,核心功能,系统通讯,可视化编程操作界面,控制软件,示教器,KUKA是四大家族中最“软”的机器人厂商,最新的控制系统KRC4使用了基于x86的硬件平台,运行“VxWorks+Windows”系统,把能软件化的功能全部用软件来实现了,包括伺服控制(ServoControl),,安全管理(SafetyController),软PLC(SoftPLC)等,如图所示。
FANUC机器人的控制系统主要分为硬件和软件两部分。
硬件部分主要有控制单元、电源装置、用户接口电路、控制单元、存储电路、关节伺服驱动单元和传感单元;
软件部分主要包括机器人轨迹规划算法和关节位置控制算法的程序实现以及整个系统的管理、运行和监控等功能。
采用32位CPU控制,以提高机器人运动插补和坐标变换的运算速度;
采用64位数字伺服驱动单元,同步控制6轴运动运动,精度大大提高;
支持离线编程技术,技术人员可通过设置参数,优化机器人运动程序;
控制器内部结构相对集成化,具有结构简单、价格便宜等特点。
MOTOMANUP6是日本安川公司MOTOMAN系列工业机器人中的一种,其运动控制系统采用专用的计算机控制系统MOTOMANUP6计算机控制系统功能系统伺服控制、操作台和示教编程器控制、显示服务、自诊断、I/O通信控制、坐标变换、插补计算、自动加速和减速计算、位置控制、轨迹修正、平滑控制原点和减速点开关位置检测、反馈信号同步等MOTOMANUP6工作方式采用示教再现的工作方式,在示教和再现过程中,计算机控制系统均处于边计算边工作的状态,且系统具有实时中断控制和多任务处理功能,由于国内存在一批在工业机器人运动控制领域长期深入研究的企业,并且具有大量资金投入和长时间的市场验证,目前国产控制系统(控制器)已经拥有了自己的技术特点和市场基础。
1、新松SRCC5等系列控制器新松机器人自动化股份有限公司是中国机器人产业前10名的核心牵头企业,新松SRCC5是其新一代机器人智能控制系统,有如下特点:
支持虚拟仿真、机器视觉(2D/3D)、力觉传感等多种智能技术的应用;
采用全新的控制柜设计,性能提升,体积缩减,重量降低,安全性提高;
采用触摸屏横版示教盒,高灵敏度的触屏体验,适用于新型系统所有机型。
5.2.5国产工业机器人控制系统,2、广州数控GSK-RC等系列控制器在丰富的机床数控技术积累基础上,广州数控掌握了机器人控制器、伺服驱动、伺服电机的完全知识产权。
其中GSK-RC是广州数控自主研发生产,具有独立知识产权的机器人控制器。
3、华中数控CCR等系列控制器从1999年开始,华中数控就开发出了华中型机器人的控制系统和教育机器人,华中数控经过近二十年的发展,目前已掌握了多项机器人控制和伺服电机的关键核心技术,在控制器、伺服驱动器和电机这三大核心部件领域均具备了很大的技术优势。
而CCR系列是华中数控自主研发的重要机器人控制系统。
5.2.5国产工业机器人控制系统,4、固高科技GUC等系列控制器目前,固高GUC系列控制系统涵盖了从三轴到八轴各类型号机器人,其中技术难度最大的八轴机器人控制系统已经可以实现批量生产。
与此同时,从2010年开始,固高科技逐渐提出了驱控一体化的产品体系架构,并推出
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