工机器人开放式控制系统的相关分析徐晓应

引言

进入新世纪以来,我国的工业生产水平不断提升,同时工业机器人的研制取得了显著成效。为了适应现代化工业生产,需要对工业机器人进行柔性控制,提供良好的编程环境,使工业机器人适用于不同的场合。为了发挥工业机器人的应用效果,需要采用机器人控制系统,形成多元化的软件功能模块。机器人开放式控制系统的应用效果较好,可维护性较强,利用它可以根据工业机器人的应用需要调整功能模块,对工业机器人的运动轨迹进行合理规划。

1硬件体系

1.1结构方案

就目前来看,当前我国工业机器人的开放式控制系统基本形成。在控制系统形成的过程中,软件体系和硬件体系承担着不同的工作职能。工业机器人开放式控制系统的硬件体系主要分为以下两类:第一类硬件体系结构以VME总线为基础,第二类硬件体系结构以PC总线为基础。后一种硬件体系结构采用了两种工作形式:第一种是IPC机加运动控制接口卡。接口卡本身并没有中央处理器,因此只能对关节量数据进行获取,并将获取的关节量数据传送到IPC机之中。IPC机对数据进行计算,得出控制量,并通过接口板对其进行转换,使其成为伺服电机的控制量。工业机器人具有实时性,因此IPC机往往形成了实时的操作系统,如WINDOWSCE等操作系统。除了上述具体化的操作系统外,也可以采用一般的操作系统,加上实时扩展环境,形成系统完备的软件开发环境,获取更加丰富的资源。IPC机加运动控制接口卡构建的控制系统有其优势特征,如灵活性较强、拓展能力较强等,但是该控制系统的开发难度比较大,价格也比较昂贵。第二种是IPC机加上运动控制卡。近几年来,我国的科学技术突飞猛进,以DSP为核心的运动控制卡得到优化,其商品性特征更加突出。以DSP为核心的运动控制卡可以对多轴运动进行控制,使其在一块卡上实现集成。运动控制卡可以实时完成伺服运动的控制,IPC机则担任系统管理、状态监控等职责。与第一种工作形式相比,IPC机加上运动控制卡的形式实效性更强,因此可以选用WINDOWS XP的控制系统,开展工业机器人控制系统的研究。

1.2硬件结构

PMAC是多任务计算机,可以在同一台计算机上实时完成多项任务,并对任务进行科学排序,优先解决重要任务,完成伺服运动控制的细节。PMAC的适应性非常强,可以对电机进行有效控制,适应多种硬件平台。在PMAC计算机的作用下,检测元件的反馈信息更加及时。示教盒和工业PC机相互连接,二者在USB的功用下实现信息交换。示教盒对工业机器人控制系统产生重要作用,机器人和机器人之间的连接通过以太网进行。多任务计算机和工业PC机联系在一起,二者的通信主要通过PCI总线方式完成,有时也通过DPRAM方式完成。采用后一种方式,数据存储的速度将明显加快,而且不需要较多的等待时间。在发送命令之后,数据自动存储。多任务计算机有着重要的信息反馈功能,可以对重要数据信息进行反馈。用户可以通过使用多任务计算机的M变量来指定寄存器,寄存器在DPRAM中。主机使用这一方式可以快速下载数据,且数据下载的重复性不会受到限制。多任务计算机获得状态信息,相关人员可以依靠状态信息判断伺服电机的运行情况、伺服电机的位置、系统运行的速度等,提升工业机器人控制系统的工作效率。

在对伺服轴进行控制时,应该充分利用多任务计算机的运动程序。工业PC机和多任务计算机担任的工作职能有所不同,前者需要完成上层运动规划,并通过解释器来转换工业机器人的操作指令,实现工业机器人和多任务计算机的连接。将多任务计算机的运动程序下载下来,执行工业机器人的操作指令,可以完成伺服运动行为。使用多任务计算机的ACC-32AA板可以对工业机器人本体数据进行输入和输出。在处理数据时,可以将其传送到PC机上,这样可以适应不同的运动控制卡。

2软件体系

2.1体系结构

进入工业化时代之后,不同学者对工业机器人软件控制体系结构提出了自己的观点和意见。国外很多学者构建了功能型分层式的体系结构,对工业机器人控制系统的功能进行了分层,但是保留中心决策层。分布式功能层在工业机器人控制系统中主要担任如下的工作任务:第一,对不同功能的控制模块进行统一调配,对数据资源进行传送,将关键数据资源发送到系统中。第二,对系统服务进行有效控制,当接收服务请求后,会实现发送方和服务供给模块的相互连接。第三,对应用模块进行调整,充分满足用户需求,对应用模块的位置进行调试。通用模块的功能不同,其组合之后的功能也呈现出较大的差异性。在模块执行时,可以应用POSTER进行数据交换。POSTER是一种可以共享的存储器,这一共享存储器适用于系统内部的所有组件,其结构化特征也比较明显。在POSTER的作用下,数据的连续性得以公开。ORC是软件体系结构,这一软件体系结构面向不同用户,考察了用户的层次需求,集成了工业机器人的控制框架、编程框架等。ORC这一体系结构对复杂系统进行了划分,将复杂系统分成了不同的可处理部分,每个部分有接口,形成了不同的层次模型。ORC的模型对控制系统进行了划分,控制系统包括伺服层次、系统层次和用户层次,不同的功能模块采用差异化编译方式,系统的应用功能得以完整呈现。随着科学技术的不断发展,工业机器人研究迈向了一个新的台阶,软件体系结构的框架不断更新,工业机器人软件系统的设计水平显著提升。

2.2模块说明

工业机器人控制系统软件体系结构构建了完整模型,操作者发送指令,达到终端用户层,终端用户层传递信息至系统层,再达到伺服层,最终发送给机器人本体。在上述工作过程中,示教盒和系统层之间的连接方式仍然为USB,终端用户层担任数据传递的任务,系统层担任机器人语言转换的任务,伺服层担任运动控制的任务。为了使工作流程更加便捷,采用不同计算机来进行实际操作。终端用户层在示教盒上,操作系统为WINDOWS CE:系统层在IPC机上,操作系统是WINDOWS XP:伺服层在多任务计算机上,操作系统是多任务计算机的操作系统。工业机器人功能的实现,就以上述三台计算机之间的相互配合作为基础。相关工作人员需要根据工业机器人的实际工业需求,对不同层次的软件环境和硬件环境进行优化。层次交互的部分需要被提取出来作为远程程序集。

从操作者应用的角度来看,可以将软件系统划分为以下四个模块:第一模块是系统管理模块,主要包括控制参数、工艺参数和状态参数,需要对上述三个参数进行确认和调试:第二模块是系统加工模块,主要包括示教编程、示教检查、工作再现,需要保证系统加工的有效性:第三模块是系统监控模块,包括状态监控和故障诊断,需要检查可疑数据,判断设备运行状态:第四模块是辅助功能模块,包括故障恢复、系统调试、文件管理、账号管理等,可以判断当前工业机器人的工作情况是否正常。

3结语

综上所述,我国的工业飞速发展,信息技术水平显著提升,工业机器人的应用范围越来越广泛。工业机器人具有开放式特征,为了提高工业机器人的运作效率,发挥工业机器人的应用价值,应该对工业机器人的控制系统进行优化。