“工業(yè)機(jī)器人”詳解我們從工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展背景說起(值得收藏)
工業(yè)機(jī)器人廣泛使用在產(chǎn)業(yè)制造上，汽車制造、電器、食品等，能替代反復(fù)機(jī)器式操縱工作，是靠本身動(dòng)力和控制才能來實(shí)現(xiàn)種種功用的一種機(jī)器。它能夠承受人類指揮，也能夠按照事先編排的程序運(yùn)轉(zhuǎn)。如今我們講講工業(yè)機(jī)器人基本主要構(gòu)成部分。
一、工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展背景
1920年，捷克劇作家卡里洛·奇別克在其科幻劇本《羅薩姆萬能機(jī)器人制造公司》（Rossum's Universal Robots）首次使用了ROBOT這個(gè)名詞，之后便成為機(jī)器人的代名詞。
1938年3月，The Meccano Magazine報(bào)道了一款搬運(yùn)機(jī)器人模型，這是最早的關(guān)于以工業(yè)應(yīng)用為目標(biāo)的機(jī)器人模型的報(bào)道。它由GriffithP．Taylor于1935年設(shè)計(jì)，可以通過一個(gè)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)5個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)。到了1954年，美國(guó)的G.C.Devol設(shè)計(jì)出第一臺(tái)電子可編程序的工業(yè)機(jī)器人。而1960年美國(guó)AMF公司生產(chǎn)了柱坐標(biāo)型Versatran機(jī)器人，可進(jìn)行點(diǎn)位和軌跡控制，這是世界上第一種應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人。
在1974年，Cincinnati Milacron公司成功開發(fā)了多關(guān)節(jié)機(jī)器人。到了1979年，Unimation公司推出PUMA機(jī)器人，它是一種多關(guān)節(jié)、全電機(jī)驅(qū)動(dòng)、多CPU二級(jí)控制的機(jī)器人，采用VAL專用語言，可配視覺、觸覺、力覺傳感器，在當(dāng)時(shí)是技術(shù)最先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人?，F(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)上大體都以此為基礎(chǔ)。這一時(shí)期的機(jī)器人屬于“示教再現(xiàn)”（Teach-in/Playback）型機(jī)器人，只具有記憶、存儲(chǔ)能力，按相應(yīng)程序重復(fù)作業(yè)，對(duì)周圍環(huán)境基本沒有感知與反饋控制能力。
進(jìn)入80年代，隨著傳感技術(shù)，包括視覺傳感器、非視覺傳感器以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了第二代機(jī)器人——有感覺的機(jī)器人。它能夠獲得作業(yè)環(huán)境和作業(yè)對(duì)象的部分相關(guān)信息，進(jìn)行一定的實(shí)時(shí)處理，引導(dǎo)機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)。第二代機(jī)器人已在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。
目前各國(guó)正在研究的“智能機(jī)器人”，它不僅具有比第二代機(jī)器人更加優(yōu)秀的環(huán)境感知能力，而且還具有邏輯思維、判斷和決策能力，可根據(jù)作業(yè)要求與環(huán)境信息自主地進(jìn)行工作。
二、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景
自從20世紀(jì)60年代初人類創(chuàng)造了第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人以后，機(jī)器人就顯示出它極大的生命力，在短短50多年的時(shí)間中，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在眾多制造業(yè)領(lǐng)域中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域是汽車及汽車零部件制造業(yè)，并且正在不斷地向其他領(lǐng)域拓展，如機(jī)械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中，焊接機(jī)器人、磨拋加工機(jī)器人、焊接機(jī)器人、激光加工機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、真空機(jī)器人等工業(yè)機(jī)器人都已被大量采用。下面是對(duì)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景及技術(shù)特點(diǎn)的一些介紹。
工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景
三、工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)狀
伴隨著工業(yè)機(jī)器人的日漸興起，“機(jī)器換人”將成為趨勢(shì)。富士康此前曾宣布，將在三年內(nèi)購置百萬臺(tái)機(jī)器人，預(yù)計(jì)到2016年將在山西晉城建成“世界最大智能化機(jī)器人生產(chǎn)基地”。
汽車、電子、食品、化工、塑膠橡膠、金屬制品六大制造行業(yè)，被看做是當(dāng)前應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的主要領(lǐng)域，機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)未來會(huì)有100萬～200萬臺(tái)的年需求量，占中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)需求的七成左右。
截至今年9月份，整個(gè)中國(guó)機(jī)器人企業(yè)已達(dá)近420多家。另外，目前中國(guó)各地正在建設(shè)逾30個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園。
工業(yè)機(jī)器人之所以能在中國(guó)市場(chǎng)異軍突起，首先是因?yàn)樵诔杀旧希瑱C(jī)器人通常僅為人工成本的四分之一;其次，機(jī)器人在質(zhì)量、效率、管理等方面還能帶來很多新的附加值。所以，在機(jī)器人技術(shù)快速提升、價(jià)格大幅下降、人工短缺、人力成本上升等因素的綜合作用下，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于一個(gè)井噴時(shí)代。
四、工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)
1.機(jī)器人基本系統(tǒng)構(gòu)成
工業(yè)機(jī)器人由3大部分6個(gè)子系統(tǒng)組成。3大部分是機(jī)械部分、傳感部分和控制部分。6個(gè)子系統(tǒng)可分為機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。
工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成
1)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機(jī)座、手臂、末端操作器三大部分組成，每一個(gè)大件都有若干個(gè)自由度的機(jī)械系統(tǒng)。若基座具備行走機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成行走機(jī)器人;若基座不具備行走及彎腰機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成單機(jī)器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端操作器是直接裝在手腕上的一個(gè)重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是噴漆槍、焊具等作業(yè)工具。
2)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，要使機(jī)器人運(yùn)作起來，需要在各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度上安置傳動(dòng)裝置，這就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以是液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電動(dòng)傳動(dòng)、或者把它們結(jié)合起來應(yīng)用綜合系統(tǒng)，可以是直接驅(qū)動(dòng)或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接傳動(dòng)。
3)感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，用以獲得內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。人類的感受系統(tǒng)對(duì)感知外部世界信息是極其靈巧的，然而，對(duì)于一些特殊的信息，傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效。
4)機(jī)器人環(huán)境交換系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備互換聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元，如加工單元、焊接單元、裝配單元等。當(dāng)然，也可以是多臺(tái)機(jī)器人、多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備、多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成為一個(gè)去執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。
5)人機(jī)交換系統(tǒng)是操作人員與機(jī)器人控制并與機(jī)器人聯(lián)系的裝置，例如，計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)終端，指令控制臺(tái)，信息顯示板，危險(xiǎn)信號(hào)報(bào)警器等。該系統(tǒng)歸納起來分為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。
6)機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。
控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及傳感器反饋回來的信號(hào)支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。假如工業(yè)機(jī)器人不具備信息反饋特征，則為開環(huán)控制系統(tǒng);若具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制原理，控制系統(tǒng)可分為程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制運(yùn)行的形式，控制系統(tǒng)可分為點(diǎn)位控制和軌跡控制。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè);連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。
控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及傳感器反饋回來的信號(hào)支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。假如工業(yè)機(jī)器人不具備信息反饋特征，則為開環(huán)控制系統(tǒng);若具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制原理，控制系統(tǒng)可分為程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制運(yùn)行的形式，控制系統(tǒng)可分為點(diǎn)位控制和軌跡控制。一套完整的工業(yè)機(jī)器人包括機(jī)器人本體、系統(tǒng)軟件、控制柜、外圍機(jī)械設(shè)備、CCD視覺、夾具/抓手、外圍設(shè)備PLC控制柜、示教器/示教盒。
工業(yè)機(jī)器人設(shè)備
下面重點(diǎn)對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)作出介紹。
2.機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓，氣動(dòng)和電動(dòng)三大類。根據(jù)需要也可由這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這三類基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各有自己的特點(diǎn)。
液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)。它具有動(dòng)力大、力(或力矩)與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。適于在承載能力大，慣量大以及在防焊環(huán)境中工作的這些機(jī)器人中應(yīng)用。但液壓系統(tǒng)需進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換(電能轉(zhuǎn)換成液壓能)，速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低。液壓系統(tǒng)的液體泄泥會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪聲也較高。因這些弱點(diǎn)，近年來，在負(fù)荷為100kg以下的機(jī)器人中往往被電動(dòng)系統(tǒng)所取代。
青島華東工程機(jī)械有限公司研制的全液壓重載機(jī)器人如圖所示。其大跨度的承載可達(dá)到2000kg，機(jī)器人的活動(dòng)半徑可達(dá)到近6m，應(yīng)用在鑄鍛行業(yè)。
全液壓重載機(jī)器人
氣壓驅(qū)動(dòng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。但是由于氣壓裝置的工作壓強(qiáng)低，不易精確定位，一般僅用于工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)。氣動(dòng)手抓、旋轉(zhuǎn)氣缸和氣動(dòng)吸盤作為末端執(zhí)行器可用于中、小負(fù)荷的工件抓取和裝配。氣動(dòng)吸盤和氣動(dòng)機(jī)器人手爪如圖所示。
氣動(dòng)吸盤和氣動(dòng)機(jī)器人手爪
電機(jī)驅(qū)動(dòng)是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的一種主流驅(qū)動(dòng)方式，分為4大類電機(jī)：直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和直線電機(jī)。直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)采用閉環(huán)控制，一般用于高精度、高速度的機(jī)器人驅(qū)動(dòng);步進(jìn)電機(jī)用于精度和速度要求不高的場(chǎng)合，采用開環(huán)控制;直線電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)在技術(shù)上已日趨成熟，已具有傳統(tǒng)傳動(dòng)裝置無法比擬的優(yōu)越性能，例如適應(yīng)非常高速和非常低速應(yīng)用、高加速度，高精度，無空回、磨損小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需減速機(jī)和齒輪絲杠聯(lián)軸器等。鑒于并聯(lián)機(jī)器人中有大量的直線驅(qū)動(dòng)需求，因此直線電機(jī)在并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。
3.機(jī)器人的感知系統(tǒng)
機(jī)器人感知系統(tǒng)把機(jī)器人各種內(nèi)部狀態(tài)信息和環(huán)境信息從信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人自身或者機(jī)器人之間能夠理解和應(yīng)用的數(shù)據(jù)、信息，除了需要感知與自身工作狀態(tài)相關(guān)的機(jī)械量，如位移、速度、加速度、力和力矩外，視覺感知技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人感知的一個(gè)重要方面。
視覺伺服系統(tǒng)將視覺信息作為反饋信號(hào)，用于控制調(diào)整機(jī)器人的位置和姿態(tài)。這方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體和電子行業(yè)。機(jī)器視覺系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測(cè)、識(shí)別工件、食品分揀、包裝的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用。
通常，機(jī)器人視覺伺服控制是基于位置的視覺伺服或者基于圖像的視覺伺服，它們分別又稱為三維視覺伺服和二維視覺伺服，這兩種方法各有其優(yōu)點(diǎn)和適用性，同時(shí)也存在一些缺陷，于是有人提出了2.5維視覺伺服方法。
基于位置的視覺伺服系統(tǒng)，利用攝像機(jī)的參數(shù)來建立圖像信息與機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置/姿態(tài)信息之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器位置的閉環(huán)控制。末端執(zhí)行器位置與姿態(tài)誤差由實(shí)時(shí)拍攝圖像中提取的末端執(zhí)行器位置信息與定位目標(biāo)的幾何模型來估算，然后基于位置與姿態(tài)誤差，得到各關(guān)節(jié)的新位姿參數(shù)?；谖恢玫囊曈X伺服要求末端執(zhí)行器應(yīng)始終可以在視覺場(chǎng)景中被觀測(cè)到，并計(jì)算出其三維位置姿態(tài)信息。消除圖像中的干擾和噪聲是保證位置與姿態(tài)誤差計(jì)算準(zhǔn)確的關(guān)鍵。
二維視覺伺服通過攝像機(jī)拍攝的圖像與給定的圖像(不是三維幾何信息)進(jìn)行特征比較，得出誤差信號(hào)。然后，通過關(guān)節(jié)控制器和視覺控制器和機(jī)器人當(dāng)前的作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行修正，使機(jī)器人完成伺服控制。相比三維視覺伺服，二維視覺伺服對(duì)攝像機(jī)及機(jī)器人的標(biāo)定誤差具有較強(qiáng)的魯棒性，但是在視覺伺服控制器的設(shè)計(jì)時(shí)，不可避免地會(huì)遇到圖像雅克比矩陣的奇異性以及局部極小等問題。
針對(duì)三維和二維視覺伺服方法的局限性，F.Chaumette等人提出了2.5維視覺伺服方法。它將攝像機(jī)平動(dòng)位移與旋轉(zhuǎn)的閉環(huán)控制解耦，基于圖像特征點(diǎn)，重構(gòu)物體三維空間中的方位及成像深度比率，平動(dòng)部分用圖像平面上的特征點(diǎn)坐標(biāo)表示。這種方法能成功地把圖像信號(hào)和基于圖像提取的位姿信號(hào)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，并綜合他們產(chǎn)生的誤差信號(hào)進(jìn)行反饋，很大程度上解決了魯棒性、奇異性、局部極小等問題。但是，這種方法仍存在一些問題需要解決，如怎樣確保伺服過程中參考物體始終位于攝像機(jī)視野之內(nèi)，以及分解單應(yīng)性矩陣時(shí)存在解不唯一等問題。
在建立視覺控制器模型時(shí)，需要找到一種合適的模型來描述機(jī)器人的末端執(zhí)行器和攝像機(jī)的映射關(guān)系。圖像雅克比矩陣的方法是機(jī)器人視覺伺服研究領(lǐng)域中廣泛使用的一類方法。圖像的雅克比矩陣是時(shí)變的，所以，需要在線計(jì)算或估計(jì)。
4.機(jī)器人關(guān)鍵基礎(chǔ)部件
1.主體
主體機(jī)械即機(jī)座和實(shí)行機(jī)構(gòu)，包括大臂、小臂、腕部和手部，構(gòu)成的多自由度的機(jī)械系統(tǒng)。有的機(jī)器人另有行走機(jī)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人有6個(gè)自由度乃至更多腕部通俗有1～3個(gè)活動(dòng)自由度。
圖片來源 易觀智庫
2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓，氣動(dòng)和電動(dòng)三大類。依據(jù)需求也可由這三種范例組合并復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?；蛘咄ㄟ^同步帶、輪系、齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來間接驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以實(shí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作，這三類根本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各有特點(diǎn)，現(xiàn)在主流的是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
由于低慣量，大轉(zhuǎn)矩交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動(dòng)器(交換變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器)的普遍接納。這類系統(tǒng)不需能量轉(zhuǎn)換，運(yùn)用方便，控制靈敏。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精細(xì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：減速器。其齒運(yùn)用齒輪的速率轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)的反轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的反轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置，從而降低轉(zhuǎn)速，添加轉(zhuǎn)矩,當(dāng)負(fù)載較大時(shí)，一味提升伺服電機(jī)的功率是很不劃算的，能夠在適宜的速率范疇內(nèi)通過減速器來進(jìn)一步輸出扭矩。伺服電機(jī)在低頻運(yùn)轉(zhuǎn)下容易發(fā)熱和出現(xiàn)低頻振動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間和重復(fù)性的工作不利于確保其準(zhǔn)確性、牢靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。精細(xì)減速電機(jī)的存在使伺服電機(jī)在一個(gè)適宜的速率下運(yùn)轉(zhuǎn)，加強(qiáng)機(jī)器體剛性的同時(shí)輸出更大的力矩。如今主流的減速器有兩種：諧波減速器和RV減速
3.控制系統(tǒng)
機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功用和功能的主要要素?？刂葡到y(tǒng)是按照輸入的程序對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和實(shí)行機(jī)構(gòu)收回指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要任務(wù)便是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的活動(dòng)范圍、姿勢(shì)和軌跡、動(dòng)作的時(shí)間等。具有編程簡(jiǎn)單、軟件菜單操縱、友好的人機(jī)交互界面、在線操縱提示和運(yùn)用方便等特點(diǎn)。
控制器系統(tǒng)是機(jī)器人的中心，外國(guó)有關(guān)公司對(duì)我國(guó)實(shí)驗(yàn)緊密封閉。連年來隨著微電子技術(shù)的開展，微處置器的功能越來越高，而價(jià)錢則越來越便宜，現(xiàn)在市集上曾經(jīng)出現(xiàn)了1-2美金的32位微處置器。高性價(jià)比的微處置器為機(jī)器人控制器帶來了新的開展機(jī)會(huì)，使開辟低本錢、高功能的機(jī)器人控制器成為可能。為了使系統(tǒng)具有充足的運(yùn)算與存儲(chǔ)能力，現(xiàn)在機(jī)器人控制器多接納較強(qiáng)的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片構(gòu)成。
由于已有的通用芯片功用及功能上不可以完全滿足有些機(jī)器人系統(tǒng)在價(jià)錢、功能、集成度和接口等方面的要求，這就萌生了機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)SoC（Systemon Chip）技能的需求，將特定的處置器與所需求的接口集成在一同，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)，減少系統(tǒng)尺寸，并低低成本。比方，Actel公司將NEOS或ARM7的處置器內(nèi)核集成在其FPGA產(chǎn)品上，構(gòu)成了一個(gè)完整的SoC系統(tǒng)。在機(jī)器人技術(shù)控制器方面，其研討主要會(huì)合在美國(guó)和日本，并有成熟的成品，如美國(guó)DELTATAU公司、日本朋立株式會(huì)社等。其運(yùn)動(dòng)控制器以DSP技術(shù)為核心，采用基于PC的開放式結(jié)構(gòu)。
4.感知系統(tǒng)
它是內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊的構(gòu)成，獲取內(nèi)部和外部的環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。機(jī)器人能夠具備類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力的關(guān)鍵，正是由于傳感器技術(shù)的應(yīng)用。那么，一臺(tái)精密的工業(yè)機(jī)器人身上擁有哪些傳感器呢？
內(nèi)部傳感器：用來檢測(cè)機(jī)器人本身狀態(tài)（如手臂間的角度）的傳感器，多為檢測(cè)位置和角度的傳感器。具體有：位置傳感器、角度傳感器等。
外部傳感器：用來檢測(cè)機(jī)器人所處環(huán)境（如檢測(cè)物體，距離物體的距離）及狀況（如檢測(cè)抓取的物體是否滑落）的傳感器。具體有距離傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器等。
智能傳感系統(tǒng)的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性，實(shí)用性和智能化的標(biāo)準(zhǔn)，人類的感知系統(tǒng)對(duì)外部世界信息是機(jī)器人靈巧的，然而，對(duì)于一些特許的信息，傳感器比人的系統(tǒng)更加有效。
視覺傳感器
視覺傳感器就像是機(jī)器人的眼睛，機(jī)器人在工作時(shí)通過視覺傳感器對(duì)環(huán)境物體獲取信息、識(shí)別物體、檢測(cè)物體定位，讓機(jī)器人獲取目標(biāo)位置。視覺一般包括三個(gè)過程：圖像獲取、圖像處理和圖像理解。目前，視覺傳感器全球市場(chǎng)中的主流品牌有SICK、倍加福、西門子、歐姆龍、RENYWELL等。
扭矩傳感器
扭矩傳感器可以說是機(jī)器人中的核心部件，它可以讓機(jī)器人感知力量，同時(shí)監(jiān)控機(jī)械手臂上的力，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)機(jī)器人接下來行為作出指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的觸停、示教或力控打磨。目前，高端市場(chǎng)中的扭矩傳感器主要以歐美品牌為主，如霍尼韋爾、Futek等。
測(cè)距傳感器
當(dāng)機(jī)器人在完成一個(gè)抓取需要垂直的深入要抓取的位置，視覺系統(tǒng)通常會(huì)被遮擋無法完成識(shí)別，這就需要測(cè)距傳感器來輔助定位，引導(dǎo)機(jī)器人完成正確抓取。
壓力傳感器
壓力傳感器可以感知?jiǎng)討B(tài)壓力。在機(jī)器人抓取物件時(shí)，要控制好力度，避免破壞物品，這時(shí)就需要壓力傳感器的反饋，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的觸覺感知。
接近度傳感器
機(jī)器人在工作過程中還需要感知周圍物體的位置，并與他們保持安全的距離，才可以保證操作過程的安全。接近度傳感器用于檢測(cè)物體接近程度，分一般為超聲波接近度傳感器及紅外線接近度傳感器，超聲波接近度傳感器測(cè)距范圍較大，可用在移動(dòng)機(jī)器人及大型機(jī)器人的機(jī)械夾手上；紅外線接近度傳感器的體積較小，通常用于機(jī)器人夾手。
5.末端執(zhí)行器
末端執(zhí)行器連接在機(jī)械手最后一個(gè)關(guān)節(jié)上的部件，它一般用來抓取物體，與其他機(jī)構(gòu)連接并執(zhí)行需要的任務(wù)。機(jī)器人制造上一般不設(shè)計(jì)或出售末端執(zhí)行器，多數(shù)情況下，他們只提供一個(gè)簡(jiǎn)單的抓持器。通常末端執(zhí)行器安裝在機(jī)器人6軸的法蘭盤上以完成給定環(huán)境中的任務(wù)，如焊接，噴漆，涂膠以及零件裝卸等就是需要機(jī)器人來完成的任務(wù)。
伺服電機(jī)的概述
伺服驅(qū)動(dòng)器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達(dá)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)定位。
一、伺服電機(jī)的分類
分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，交流伺服電動(dòng)機(jī)又分為異步伺服電動(dòng)機(jī)和同步伺服電動(dòng)機(jī)，目前交流系統(tǒng)正在逐漸代替直流系統(tǒng)。與直流系統(tǒng)相比，交流伺服電機(jī)具有高可靠性、散熱好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、能工作于高壓狀態(tài)下等優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)闊o電刷和轉(zhuǎn)向器，故交流私服系統(tǒng)也成為無刷伺服系統(tǒng)，用于其中的電機(jī)是無刷結(jié)構(gòu)的籠型異步電機(jī)和永磁同步型電機(jī)。
1）直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)
①有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)使用環(huán)境有要求，通常用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合；
②無刷電機(jī)體積小重量輕，出力大響應(yīng)快，速度高慣量小，力矩穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，控制復(fù)雜，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機(jī)免維護(hù)，高效節(jié)能，電磁輻射小，溫升低壽命長(zhǎng)，適用于各種環(huán)境。
二、不同類型伺服電機(jī)的特點(diǎn)
1）直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：速度控制精確，轉(zhuǎn)矩速度特性很硬，控制原理簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格便宜。
缺點(diǎn)：電刷換向，速度限制，附加阻力，產(chǎn)生磨損微粒（無塵易爆環(huán)境不宜）
2）交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：速度控制特性良好，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發(fā)熱少，高速控制，高精確度位置控制（取決于編碼器精度），額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護(hù)（適用于無塵、易爆環(huán)境）。
缺點(diǎn)：控制較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整PID參數(shù)確定，需要更多的連線。
目前主流的伺服驅(qū)動(dòng)器均采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）作為控制核心，可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測(cè)保護(hù)電路,在主回路中還加入軟啟動(dòng)電路,以減小啟動(dòng)過程對(duì)驅(qū)動(dòng)器的沖擊。功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)。功率驅(qū)動(dòng)單元的整個(gè)過程可以簡(jiǎn)單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓?fù)潆娐肥侨嗳珮虿豢卣麟娐贰?/span>
三、伺服系統(tǒng)接線圖
1.驅(qū)動(dòng)器接線
伺服驅(qū)動(dòng)器主要有控制回路電源、主控制回路電源、伺服輸出電源、控制器輸入CN1、編碼器接口CN2、連接起CN3?？刂苹芈冯娫词菃蜗?/span>AC電源，輸入電源可單相、三相，但是必須是220v，就是說三相輸入時(shí)，咱們的三相電源必須經(jīng)過變壓器變壓才能接，對(duì)于功率較小的驅(qū)動(dòng)器，可單相直接驅(qū)動(dòng)，單相接法必須接R、S端子。伺服電機(jī)輸出U、V、W切記千萬不能與主電路電源連接，有可能燒毀驅(qū)動(dòng)器。CN1端口主要用于上位機(jī)控制器的連接，提供輸入、輸出、編碼器ABZ三相輸出、各種監(jiān)控信號(hào)的模擬量輸出。
2 編碼器接線
從上圖看出九個(gè)端子我們只使用了5個(gè)，一個(gè)屏蔽線、電源線兩根、串行通訊信號(hào)(+-)兩根，與我們普通的編碼器接線差不多。
03 通訊端口
驅(qū)動(dòng)器通過CN3端口與電腦PLC、HMI等上位機(jī)相連接，采用MODBUS通訊來控制驅(qū)動(dòng)器，可使用RS232、RS485進(jìn)行通訊。
四、伺服驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)
機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求非常嚴(yán)格，交流伺服電機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)主要被國(guó)外名企占據(jù)，主要來自日本和歐美，未來國(guó)產(chǎn)替代空間大。目前國(guó)外品牌占據(jù)了中國(guó)交流伺服市場(chǎng)近80%的市場(chǎng)份額，主要來自日本和歐美。其中，日系產(chǎn)品以約50%的市場(chǎng)份額居首，其著名品牌包括松下、三菱電機(jī)、安川、三洋、富士等，其產(chǎn)品特點(diǎn)是技術(shù)和性能水平比較符合中國(guó)用戶的需求，以良好的性價(jià)比和較高的可靠性獲得了穩(wěn)定且持續(xù)的客戶源，在中小型OEM市場(chǎng)上尤其具有壟斷優(yōu)勢(shì)。
精密減速器
最近看了一則新聞：機(jī)器人產(chǎn)業(yè)要破除“卡脖子”難題，感觸挺深。隨著人工成本的提高，工業(yè)機(jī)器人替換人已成為趨勢(shì)。工業(yè)機(jī)器人作為智能制造的基石，但核心零部件卻制約著我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示目前國(guó)內(nèi)機(jī)器人減速器普通依賴進(jìn)口。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在中國(guó)要成氣候，必須下決心解決核心零部件的問題。
下面介紹工業(yè)機(jī)器人核心精密零部件：
減速器，與通用減速器相比，機(jī)器人用減速器要求具有傳動(dòng)鏈短、體積小、功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點(diǎn)。減速器行業(yè)，我們不得不提這行業(yè)兩巨頭是
Nabtesco（帝人，也叫納博特斯克）和Hamonica Drive（哈默納科），業(yè)界俗稱（RV減速器和諧波減器）。他們幾乎壟斷了全球的機(jī)器人用減速器。這兩種減速器都是微米級(jí)的加工精度，光這一條在量產(chǎn)階段可靠性高就很難了，更別說幾千轉(zhuǎn)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還要高壽命。目前市面上的大量應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人上的減速器主要有兩類：RV減速器和諧波減速器。
RV減速器：是少齒差嚙合，但相對(duì)于諧波減速器，RV減速器通常用的是擺線針輪，RV減速器由擺線針輪和行星支架組成。相比諧波減速器，RV減速器的關(guān)鍵在于加工工藝和裝配工藝。RV減速器具有更高的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命，不像諧波傳動(dòng)那樣隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)精度會(huì)顯著降低，其缺點(diǎn)是重量重，外形尺寸較大。RV減速器用于轉(zhuǎn)矩大的機(jī)器人腿部腰部和肘部三個(gè)關(guān)節(jié)，負(fù)載大的工業(yè)機(jī)器人，一二三軸都是用RV減速器。
它較機(jī)器人中常用的諧波傳動(dòng)具有高得多的疲勞強(qiáng)度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不像諧波傳動(dòng)那樣隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)精度就會(huì)顯著降低，故世界上許多國(guó)家高精度機(jī)器人傳動(dòng)多采用RV減速器，因此，該種RV減速器在先進(jìn)機(jī)器人傳動(dòng)中有逐漸取代諧波減速器的發(fā)展趨勢(shì)。
RV減速器分解圖
諧波減速器：用的也是少齒差嚙合，諧波里的一種關(guān)鍵齒輪是柔性的，它需要反復(fù)的高速變形，所以它比較脆弱，承載力和壽命都有限。
諧波減速器是諧波傳動(dòng)裝置的一種，諧波傳動(dòng)裝置包括諧波加速器和諧波減速器。諧波減速器主要包括：剛輪、柔輪、和徑向變形的波發(fā)生器三者組成。它是利用柔性齒輪產(chǎn)生可控制的彈性變形波，引起剛輪與柔輪的齒間相對(duì)錯(cuò)齒來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。這種傳動(dòng)與一般的齒輪傳遞具有本質(zhì)上的差別，在嚙合理論、集合計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有特殊性。諧波齒輪減速器具有高精度、高承載力等優(yōu)點(diǎn)，和普通減速器相比，由于使用的材料要少50%，其體積及重量至少減少1/3。所以諧波減速機(jī)主用于小型機(jī)器人，特點(diǎn)是體積小、重量輕、承載能力大、運(yùn)動(dòng)精度高，單級(jí)傳動(dòng)比大。一般用于負(fù)載小的工業(yè)機(jī)器人或大型機(jī)器人末端幾個(gè)軸。
諧波減速器分解圖
日本納博特斯克公司從1980年代初提出RV型設(shè)計(jì)到1986年RV減速器研究獲得實(shí)質(zhì)性突破，花了6-7年時(shí)間；而國(guó)內(nèi)率先拿出結(jié)果的南通振康和恒豐泰花費(fèi)時(shí)間也為6-8年。是不是意味著我國(guó)本土企業(yè)就沒什么機(jī)會(huì)了呢！可喜的是中國(guó)企業(yè)布局若干年后，終于取得一些突破。國(guó)產(chǎn)主要由南通振康、秦川機(jī)床、武漢精華、浙江恒豐泰和浙江雙環(huán)傳動(dòng)提供。據(jù)說南通振康產(chǎn)量已經(jīng)突破萬臺(tái)，秦川機(jī)床生產(chǎn)線已經(jīng)打通，產(chǎn)量正在逐步上升。秦川機(jī)床的是國(guó)家進(jìn)口替代項(xiàng)目，秦川機(jī)床9萬套工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器技術(shù)改造項(xiàng)目、工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器生產(chǎn)線兩項(xiàng)合計(jì)投資3.14億元。
控制系統(tǒng)
機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功用和功能的主要要素?？刂葡到y(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和實(shí)行機(jī)構(gòu)收回指令信號(hào)，并進(jìn)行控制。下面文章主要介紹機(jī)器人控制系統(tǒng)。
1、機(jī)器人的控制系統(tǒng)
1、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
控制器是機(jī)器人系統(tǒng)的核心，國(guó)外有關(guān)公司對(duì)我國(guó)實(shí)行嚴(yán)密封鎖。近年來隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器的性能越來越高，而價(jià)格則越來越便宜，目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了1-2美金的32位微處理器。高性價(jià)比的微處理器為機(jī)器人控制器帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，使開發(fā)低成本、高性能的機(jī)器人控制器成為可能。為了保證系統(tǒng)具有足夠的計(jì)算與存儲(chǔ)能力，目前機(jī)器人控制器多采用計(jì)算能力較強(qiáng)的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片組成。
此外，由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全滿足某些機(jī)器人系統(tǒng)在價(jià)格、性能、集成度和接口等方面的要求，這就產(chǎn)生了機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)SoC（Systemon Chip）技術(shù)的需求，將特定的處理器與所需要的接口集成在一起，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)，縮小系統(tǒng)尺寸，并降低成本。
例如，Actel公司將NEOS或ARM7的處理器內(nèi)核集成在其FPGA產(chǎn)品上，形成了一個(gè)完整的SoC系統(tǒng)。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器方面，其研究主要集中在美國(guó)和日本，并有成熟的產(chǎn)品，如美國(guó)DELTATAU公司、日本朋立株式會(huì)社等。其運(yùn)動(dòng)控制器以DSP技術(shù)為核心，采用基于PC的開放式結(jié)構(gòu)。
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2、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
在控制器體系結(jié)構(gòu)方面，其研究重點(diǎn)是功能劃分和功能之間信息交換的規(guī)范。在開放式控制器體系結(jié)構(gòu)研究方面，有兩種基本結(jié)構(gòu)，一種是基于硬件層次劃分的結(jié)構(gòu)，該類型結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在日本，體系結(jié)構(gòu)以硬件為基礎(chǔ)來劃分，如三菱重工株式會(huì)社將其生產(chǎn)的PA210可攜帶式通用智能臂式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)劃分為五層結(jié)構(gòu)；另一種是基于功能劃分的結(jié)構(gòu)，它將軟硬件一同考慮，其是機(jī)器人控制器體系結(jié)構(gòu)研究和發(fā)展的方向。
3、控制軟件開發(fā)環(huán)境
在機(jī)器人軟件開發(fā)環(huán)境方面，一般工業(yè)機(jī)器人公司都有自己獨(dú)立的開發(fā)環(huán)境和獨(dú)立的機(jī)器人編程語言，如日本Motoman公司、德國(guó)KUKA公司、美國(guó)的Adept公司、瑞典的ABB公司等。
很多大學(xué)在機(jī)器人開發(fā)環(huán)境(Robot Development Environment)方面已有大量研究工作，提供了很多開放源碼，可在部分機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)下進(jìn)行集成和控制操作，目前已在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了許多相關(guān)實(shí)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境有Team Bots，v.2.0e、ARIA，V.2.4.1、Player/Stage，v.1.6.5.1.6.2、Pyro.v.4.6.0、CARMEN.v.1.1.1、Mission Lab.v.6.0、ADE.V.1.0beta、Miro.v.CVS-March17.2006、MARIE.V.0.4.0、Flow Designer.v.0.9.0、Robot Flow.v.0.2.6等等。
從機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，對(duì)機(jī)器人軟件開發(fā)環(huán)境有兩方面的需求。一方面是來自機(jī)器人最終用戶，他們不僅使用機(jī)器人，而且希望能夠通過編程的方式賦予機(jī)器人更多的功能，這種編程往往是采用可視化編程語言實(shí)現(xiàn)的，如樂高M(jìn)ind Storms NXT的圖形化編程環(huán)境和微軟Robotics Studio提供的可視化編程環(huán)境。
4、機(jī)器人專用操作系統(tǒng)
（1）VxWorks，VxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)Wind River公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），是Tornado嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。VxWorks具有可裁剪微內(nèi)核結(jié)構(gòu)；高效的任務(wù)管理；靈活的任務(wù)間通信；微秒級(jí)的中斷處理；支持POSIX1003．1b實(shí)時(shí)擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)；支持多種物理介質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)的、完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。
（2）Windows CE，Windows CE與Windows系列有較好的兼容性，無疑是WindowsCE推廣的一大優(yōu)勢(shì)。WindowsCE為建立針對(duì)掌上設(shè)備、無線設(shè)備的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序和服務(wù)提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺(tái)，它能在多種處理器體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行，并且通常適用于那些對(duì)內(nèi)存占用空間具有一定限制的設(shè)備。
（3）嵌入式Linux，由于其源代碼公開，人們可以任意修改，以滿足自己的應(yīng)用。其中大部分都遵從GPL，是開放源代碼和免費(fèi)的。可以稍加修改后應(yīng)用于用戶自己的系統(tǒng)。有龐大的開發(fā)人員群體，無需專門的人才，只要懂Unix/Linux和C語言即可。支持的硬件數(shù)量龐大。嵌入式Linux和普通Linux并無本質(zhì)區(qū)別，PC上用到的硬件嵌入式Linux幾乎都支持。而且各種硬件的驅(qū)動(dòng)程序源代碼都可以得到，為用戶編寫自己專有硬件的驅(qū)動(dòng)程序帶來很大方便。
（4）μC/OS-Ⅱ，μC/OS-Ⅱ是著名的源代碼公開的實(shí)時(shí)內(nèi)核，是專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，可用于8位，16位和32位單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）。它的主要特點(diǎn)是公開源代碼、可移植性好、可固化、可裁剪性、占先式內(nèi)核、可確定性等。
（5）DSP/BIOS，DSP/BIOS是TI公司特別為其TMS320C6000TM，TMS320C5000TM和TMS320C28xTM系列DSP平臺(tái)所設(shè)計(jì)開發(fā)的一個(gè)尺寸可裁剪的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，是TI公司的CodeComposerStudioTM開發(fā)工具的組成部分之一。DSP/BIOS主要由三部分組成：多線程實(shí)時(shí)內(nèi)核；實(shí)時(shí)分析工具；芯片支持庫。利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)程序，可以方便快速的開發(fā)復(fù)雜的DSP程序。
5、機(jī)器人伺服通信總線技術(shù)
目前國(guó)際上還沒有專用于機(jī)器人系統(tǒng)中的伺服通信總線，在實(shí)際應(yīng)用過程中，通常根據(jù)系統(tǒng)需求，把常用的一些總線，如以太網(wǎng)、CAN、1394、SERCOS、USB、RS-485等用于機(jī)器人系統(tǒng)中。當(dāng)前大部分通信控制總線可以歸納為兩類，即基于RS-485和線驅(qū)動(dòng)技術(shù)的串行總線技術(shù)和基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的高速串行總線技術(shù)。
智能機(jī)器人控制系統(tǒng)
1.開放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：采用分布式CPU計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，分為機(jī)器人控制器(RC)，運(yùn)動(dòng)控制器(MC)，光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機(jī)器人控制器(RC)和編程示教盒通過串口/CAN總線進(jìn)行通訊。機(jī)器人控制器(RC)的主計(jì)算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)字I/O、傳感器處理等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。
2.模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)建立在基于開源的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Linux上，采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個(gè)控制器軟件系統(tǒng)分為三個(gè)層次：硬件驅(qū)動(dòng)層、核心層和應(yīng)用層。三個(gè)層次分別面對(duì)不同的功能需求，對(duì)應(yīng)不同層次的開發(fā)，系統(tǒng)中各個(gè)層次內(nèi)部由若干個(gè)功能相對(duì)對(duì)立的模塊組成，這些功能模塊相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)該層次所提供的功能。
3.機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)：通過各種信息，對(duì)機(jī)器人故障進(jìn)行診斷，并進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)，是保證機(jī)器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。
4.網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)：目前機(jī)器人的應(yīng)用工程由單臺(tái)機(jī)器人工作站向機(jī)器人生產(chǎn)線發(fā)展，機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來越重要。控制器上具有串口、現(xiàn)場(chǎng)總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊，便于對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理。
“控制”的目的是指被控對(duì)象會(huì)按照者所期望的方式產(chǎn)生行為。 “控制”的基本條件是了解被控對(duì)象的特性。
“實(shí)質(zhì)”是對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸出力矩的控制。
機(jī)器人的控制系統(tǒng)
2、機(jī)器人的基本工作原理工作原理是示教再現(xiàn)；示教也稱導(dǎo)引示教，既是人工導(dǎo)引機(jī)器人，一步步按實(shí)際需求動(dòng)作流程操作一遍，機(jī)器人在導(dǎo)引過程中自動(dòng)記憶示教的每個(gè)動(dòng)作的姿態(tài)、位置、工藝參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)等，并自動(dòng)生成一個(gè)連續(xù)執(zhí)行的程序。完成示教后，只需要給機(jī)器人一個(gè)啟動(dòng)命令，機(jī)器人將會(huì)地自動(dòng)按照示教好的動(dòng)作，完成全部流程；
3、機(jī)器人控制的分類
1）按照有無反饋分為：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、
開環(huán)精確控制的條件：精確地知道被控對(duì)象的模型，并且這一模型在控制過程中保持不變。
2）按照期望控制量分為：力控制、位置控制、混合控制這三種。
位置控制分為：?jiǎn)侮P(guān)節(jié)位置控制（位置反饋，位置速度反饋，位置速度加速度反饋）、多關(guān)節(jié)位置控制
多關(guān)節(jié)位置控制分為分解運(yùn)動(dòng)控制、集中控制力控制分為：直接力控制、阻抗控制、力位混合控制
3）智能化的控制方式
模糊控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 、專家控制
4、控制系統(tǒng)硬件配置及結(jié)構(gòu) .電氣硬件 .軟件架構(gòu)
由于機(jī)器人的控制過程中涉及大量的坐標(biāo)變換和插補(bǔ)運(yùn)算以及較低層的實(shí)時(shí)控制。所以，目前市面上機(jī)器人控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上大部分采用分層結(jié)構(gòu)的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通常采用的是兩級(jí)計(jì)算機(jī)伺服控制系統(tǒng)。
1）具體流程：
主控計(jì)算機(jī)接到工作人員輸入的作業(yè)指令后，首先分析解釋指令，確定手的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和插補(bǔ)運(yùn)算，最后得出機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。 這些參數(shù)經(jīng)過通信線路輸出到伺服控制級(jí)，作為各個(gè)關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)的給定信號(hào)。 關(guān)節(jié)上的伺服驅(qū)動(dòng)器將此信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)產(chǎn)生協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
傳感器將各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)輸出信號(hào)反饋回伺服控制級(jí)計(jì)算機(jī)形成局部閉環(huán)控制，達(dá)到精確的控制機(jī)器人在空間的運(yùn)動(dòng)。
2）基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制 兩種控制方式：
①利用PLC的輸出端口使用脈沖指令來產(chǎn)生脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)使用通用I/O或者計(jì)數(shù)零部件來實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)的閉環(huán)位置控制
②使用PLC外部擴(kuò)展的位置控制模塊來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)位置控制，這種方式主要是以發(fā)高速脈沖控制，屬于位置控制方式，位置控制一般都是點(diǎn)到點(diǎn)的位置控制方式較多。
機(jī)器人重要參數(shù)
本文重點(diǎn)介紹工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)，圖文描述非常詳細(xì)。
機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)反映了機(jī)器人可勝任的工作、具有的最高操作性能等情況，是設(shè)計(jì)、應(yīng)用機(jī)器人必須考慮的問題。機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)有自由度、分辨率、工作空間、工作速度、工作載荷等。
1、自由度
.是指機(jī)器人具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)軸數(shù)量。
.機(jī)器人的自由度是指確定機(jī)器人手部在空間的位置和姿態(tài)時(shí)所需要的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)的數(shù)量。 機(jī)器人的自由度數(shù)一般等于關(guān)節(jié)數(shù)量。
.常見機(jī)器人自由度數(shù)一般有5～6個(gè)。有些機(jī)器人還附帶有外部軸。
2、關(guān)節(jié)（Joint）
即運(yùn)動(dòng)副，允許機(jī)器人手臂各零件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。
3、工作范圍
工業(yè)機(jī)器人手臂或手部安裝點(diǎn)所能達(dá)到的所有空間范圍。
其形狀取決于機(jī)器人的自由度數(shù)和各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的類型與配置。 機(jī)器人的工作范圍一般有：圖解法和解析法這兩種方法表示。
4、速度
機(jī)器人在工作過程中帶載荷條件下、勻速運(yùn)動(dòng)過程時(shí)，機(jī)械接口中心或工具中心點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)所移動(dòng)的距離或轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。
5、工作負(fù)載
是指機(jī)器人手腕前端安裝負(fù)荷在工作范圍內(nèi)任何位置上所能承受的最大重量，一般用質(zhì)量、力矩、慣性矩表示。
還和運(yùn)行速度和加速度大小等參數(shù)有關(guān)，工作負(fù)載一般用高速運(yùn)行時(shí)機(jī)器人所能抓取的工件重量作為負(fù)載承受能力為指標(biāo)。
搬運(yùn)機(jī)器人的負(fù)荷重量，必須考慮抓手和工件的合計(jì)。
6、分辨率
是指機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)的最小移動(dòng)距離或最小轉(zhuǎn)動(dòng)角度 。
7、精度
重復(fù)性或重復(fù)定位精度：指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)某一目標(biāo)位置的差異性。比如你要求一個(gè)軸走 100 mm 結(jié)果 第一次 實(shí)際上他走了 100.01 重復(fù)一次同樣的動(dòng)作 他走了99.99 這之間的誤差 0.02 就是重復(fù)定位精度。它是衡量一列誤差值的集中程度，即重復(fù)度。機(jī)器人精度機(jī)不單取決與關(guān)節(jié)減速機(jī)及傳動(dòng)裝置，且對(duì)機(jī)械裝配工藝存在很大關(guān)系，很多由于裝配不到位導(dǎo)致機(jī)器人重復(fù)定位精度下降。
以上就是100唯爾(100vr.com)小編為您介紹的關(guān)于伺服器的知識(shí)技巧了，學(xué)習(xí)以上的“工業(yè)機(jī)器人”詳解我們從工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展背景說起(值得收藏)知識(shí)，對(duì)于伺服器的幫助都是非常大的，這也是新手學(xué)習(xí)機(jī)器人所需要注意的地方。如果使用100唯爾還有什么問題可以點(diǎn)擊右側(cè)人工服務(wù)，我們會(huì)有專業(yè)的人士來為您解答。
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