码垛机器人控制系统架构设计

时间：2017-12-22 来源：机器人在线阅读：9263

码垛机器人控制系统架构设计

码垛机器人控制器总体结构设计

为了能够保证控制系统的可扩展性、通用性和易于后期维护，本文参考和借鉴文献中的设计，采用通用式工业控制计算机和成熟的伺服电机运动控制卡来搭建控制系统。系统总体结构如图2-1所示:

如图2-1所示，本文的系统中采用了多级结构保证了整个系统中各个模块的独立性，使得一个层级的系统设计和实现发生变化时，对于其他层级的模块不会产生影响。从图2-1可以看出，主控制部分主要由通用式PC工控机和运动控制卡组成，其主要负担着系统的数据处理、指令发送、数据存储、指令交互、异常检查和系统运行等功能。由伺服驱动器构成的第二级主要负责驱动电机和收集电机状态，并在电机发生异常的第一时刻停止电机运动，保护系统安全。由伺服电机和报警限位等组成的第三级，主要负责执行运动的指令，并由限位报警等模块负责系统的安全运行。

机器人控制主机

对于整个系统而言，工业控制主机是整个系统最为核心的部分。其型号的选择直接关系着系统的通用性和可扩展性。当前工业控制中所使用的控制主机主要可以分为以下几种类型:

(1)专用工业控制器

这类工业控制器主要由DSP (Digital Signal Process)即数字信号处理芯片、FPGA C Field-Programmable Gate Array)即现场可编程逻辑门阵列芯片和PLC(Programmable Logic Controller)即可编程逻辑控制器等组成。相对于其他类型的控制器，不同的是这类控制器对于系统的控制逻辑并不需要依赖特定的操作系统提供接口支持。这类控制系统的系统控制逻辑程序，可以通过特定的编程工具完全固化于硬件之内，所以其指令运行速度非常迅速，可以进行复杂的数据运算、指令处理和逻辑判断等功能。其次，这类控制器其体积较小，可以灵活的改变其外设硬件的大小以适应不同的空间要求。然而它也存在不少的缺点，由于其灵活性较大因此需要对硬件外设和接口电路进行设计，进而导致系统设计工作量加大、成本提高和系统健壮性不足等问题。

(2)通用式工业控制器

通用式工业控制器主要为PC式架构，具有各类现成的硬件接口、较强的数据处理能力、充分的系统支持和较大的存储空间。因为通用式工业控制器具有多样化的硬件接口，所以其可以快速、方便的接入各种扩展硬件，而不必设计和实现复杂的接口电路，因此增加了系统的稳定性。同时由于操作系统的支持，可以屏蔽不同硬件带来的差异，方便控制系统程序的移植。所以综合以上各个因素，本文最终选择通用式工业控制器作为系统的主控装置。本文采用的工业控制主机主要的参数如表2-1所示.