工业机器人控制系统的三种主要实现方式

机器人控制系统作为机器人的核心部件需要完成系统的运动控制、状态监测、安全控制和报警等功能。当前国内外对于码垛机器人控制系统的实现主要分为以下三种方式

该方式主要以PLC为核心，处理控制系统中所有的数据运算和逻辑处理等需求，由运动控制模块完成对于伺服电机的控制。同时通过IO模块监测机器人生产过程中的全部状态，以保证系统的安全。

文献采用FA-M3PLC作为码垛机器人核心控制器，并根据机器人的工作特点在控制系统中设计了两种工作模式，提升了系统整体性能。文献均采用现今成熟的PLC技术，同时加以简单的外围电路和程序设计，以适应复杂恶劣的工业生产环境。

此种方式的好处在于，系统编写程序简单方便。且由于系统结构简单，系统的稳定性好，可以在复杂恶劣的生产环境下使用。然而其缺点也是显而易见的，可扩展能力不高、通用性不强和缺乏移植能力等。

嵌入式计算机和运动控制模块组成的控制系统，主要以嵌入式计算机作为主控制器，可选择是否搭载操作系统支持。采用一定的通信协议连接运动控制模块以运动控制模块来完成驱动伺服电机等功能。

文献采用ARM作为主控制器，搭载Linux操作系统，并采用结构化设计完成了基于嵌入式的码垛机器人控制系统，达到了毫米级的定位精度。文献采用ARM+Qt+Linux设计和实现了码垛机器人控制系统，并提供了良好的系统交互界面，整体取得了良好的效果。文献采用嵌入式工业PC搭载RTLinux操作系统，采用模块化设计思想设计了一种开放式的码垛机器人控制系统。其采用嵌入式工业X86PC为主控，通过RTLinux提供系统支持，外部IO与运动控制均交由运动控制模块管理。文献采用了高性能的Cortex-M44内核微控制器STM32F4作为运动控制器，精简外围处理电路，降低了成本。同时搭载uc/os-Ⅱ操作系统，降低了软件开发的难度，并保证了系统的实时性。其整体控制系统由C语言编写，具有良好的移植性和可扩展性。

由上文可知，此方式的好处在于嵌入式工业PC具有通用性可以选择搭载任意的操作系统，典型的例如WinCE、嵌入式Linux和uc/os-II等。因为操作系统可以提供系统接口和支持功能，较裸机开发降低了软件开发难度;且其体积小巧和功耗低等特点，可以集成于不同的机箱当中，降低了整体的设计成本和电气设计的布线成本。其缺点是由于本身体积的原因，并不能搭载计算能力较强和功能较多的硬件，所以导致其计算能力不强，在需要大量的计算时无法提供良好的计算支持。

通用式PC和运动控制模块组成的控制系统，主要以通用式工业PC为主控制器，可以搭载不同的操作系统，提供底层支持。由PC计算运动参数和提供逻辑指令，运动控制模块实现驱动伺服电机的功能。采用此种方式的有文献，采用通用式工业控制主机，并搭载经过实时改造的RTXwindows系统，设计和实现了码垛机器人控制系统。其主要的工作在于对通用式PC下的操作系统进行实时化改造，提高了整个系统的实时性，并对系统整体结构进行了分层的设计。文献利用戴尔PentiumE5500为控制主机和Simotion D435为核心控制器，设计了整体控制系统，并在此基础上开发了良好的人机交互界面。文献采用通用式主机搭载Linux操作系统，并在此基础上对Linux内核进行了改造，搭建了基于RTAI(Real-Time Application Interface)实时内核与普通内核共存的实时系统。同时为了扩展系统，其对于己有的网络链路层的协议进行了改造，实现了一个在开源平台Linux系统上的实时通讯模块。其对于系统的改造极大的提升了码垛机器人控制系统性能和功能。文献在原有的控制系统基础上，依托通用式工业主机的扩展能力设计了以太网络协议，使得搬运机器人具有高度开放、易于集成和通用性好的特点。进一步的，其还在系统中加入了虚拟三维仿真的功能，极大的扩展了控制系统的可用性。文献利用通用式主机的扩展能力，设计了基于PCI总线的两级伺服控制系统，使得系统具有极大的开放性和通用性。文献为了使得控制系统更加的标准和开放，将整体控制系统中的任务分为了实时任务和非实时任务，并在通用式控制主机提供的功能基础上对系统进行了设计和开发。

由上文的叙述可知，对于通用式工控主机，因为其强大的扩展能力和良好的系统支持，各个研究者都在其基础上，根据不同的需求扩展系统，使得系统有更加良好的性能和多样化的功能。然而其缺点也是显而易见的，对于通用式工业控制主机，其体型较大，需要定制符合其体积的机箱。同时其一般采用220v供电，所以能耗比嵌入式和PLC控制器大。虽然其有诸多的扩展接口，但是并不是所有的接口在实现系统的过程中都被使用，所以其扩展接口容易被浪费。