中国的机器人产业因为缺乏创新能力而饱受诟病,减速机、控制器、伺服系统更是制约着国产机器人发展的重大短板,目前我国也在加大这些方面的研发力度,与国外先进的同类厂家相比,仍有不小的差距。作为机器人的大脑-控制系统侧是整个机器人产业的核心部份,如何设计好一个控制系统是机器人产品成功的关键。
  

随着信息技术和控制技术的发展,以及机器人应用范围的扩大,机器人控制技术正朝着智能化的方向发展,出现了离线编程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。机器人控制系统将向着基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化,伺服驱动技术的数字化和分散化。
  

机器人控制系统的主要组成

工业机器人的控制系统组成形式主要决定了系统中各部件的逻辑关系和数据的传输、处理。控制系统组成形式是机器人体系结构的具体化、实例化。目前,市场上的机器人控制系统基本是计算机和运动控制单元组成,计算机部份通常是工控主板或者是嵌入式主板和PLC控制器,而运动控制部份多数是直接用运动控制卡或者直接运动控制器来实现,基于PC的控制系统是工业机器人开放式控制系统开发的主要方向。

  

 

机器人系统大致可以分为三种类型,其中集中控制方式是一种用一台计算机实现全部的控制功能的方法,其结构简单且成本低,但是实施性能较差,比较难以扩展。另外一种类型从用主从控制方式,主要是用主、从两级处理器来实现系统的全部控制功能。其中主CPU用来实现管理、左边变换以及轨迹的生成工作和系统的自我诊断功能等。而处于从属地位的CPU用于实现所有关节的动作控制。这种控制方法的优点在于,系统的实时性较好,比较适用于高精度、高速度控制,但是也有其身的缺陷系统的扩展性较差而且维修比较困难。各机器人研究生产企业也是非常注重这方面的研究,比如OTC焊机、林肯焊机等公司对于控制系统的研究投入大量的人力物力财力。最后一种,分散控制方法,是一种按照系统的性质和方法将系统控制分为几个模块,每一个模块各有不同的控制任务和控制策略。并且各个模块之间既处于主从关系又处于同等地位。这种方法综合了以上的两种方式,实时性能好而且易于实现高速、高精度孔子并且易于扩展可以实现智能化控制。像一些国际品牌OTC焊机、林肯焊机、松下焊机品牌等公司所生产的机器人大多采用这种控制方式。

  

目前,工业机器人多采用计算机控制。按控制方式分为点位控制和连续轨迹控制。点位控制方式简单,适用于上下料、点焊、卸运等作业。连续轨迹控制比较复杂,常用于焊接、喷漆和检测的机器人中。

  

 

机器人控制系统三大功能

(1)伺服控制功能

 机器人的运动控制,实现机器人各关节的位置、速度、加速度等的控制。
  

(2)运算功能

机器人运动学的正运算和逆运算是其中最基本的部分。对于具有连续轨迹控制功能的机器人来说,还需要有直角坐标轨迹插补功能和一些必要的函数运算功能。在一些高速度、高精度的机器人控制系统当中,系统往往还要完成机器人动力学模型和复杂控制算法等运算功能。

  

(3)系统的管理功能

 ①方便的人机交互功能。
 ②具有对外部环境(包括作业条件)的检测和感觉功能。
 ⑤系统的监控与故障诊断功能。