工業(yè)機器人運動控制分析研究

左培良，鄧先智，周琴

（綿陽職業(yè)技術學院，四川 綿陽 621000）

隨著經濟建設水平的不斷提高，工業(yè)行業(yè)呈現出全新的發(fā)展形勢。工業(yè)發(fā)展規(guī)模不斷擴大，工業(yè)技術不斷更新。而工業(yè)機器人作為一種全新的技術體系，在工業(yè)發(fā)展領域具有顯著地位，能夠順利促進工業(yè)領域技術更新以及深入發(fā)展。而控制系統所具有的作用更是十分顯著，因此工業(yè)行業(yè)在發(fā)展機器人技術體系時，需要重點加強控制系統研發(fā)與創(chuàng)新，從而保證工業(yè)發(fā)展體系更加成熟。

1 工業(yè)機器人控制系統相關概述分析

1.1 工業(yè)機器人控制系統

在工業(yè)領域，作為機器人系統的重要組成部分，主要承載系統執(zhí)行管理功能。在機器人系統運行過程中，控制系統需要對運動數據、方式等進行計算與規(guī)劃，從而保證系統運行環(huán)境更加安全、穩(wěn)定。同時控制系統顯著決定著開放性功能是否合理發(fā)揮，具體體現在機器人系統運行動作管理的全過程中。

1.2 開放式控制系統

開放性系統是一個權威性較強的定義，具體指系統能夠在多元化平臺和環(huán)境下，通過自由移植，實現系統之間的交互與分享。此外，該概念的詮釋還有不同類型，例如運行環(huán)境的開放性標準等。而在機器人系統領域，控制系統一直是關注的重點元件。尤其是在新時期的工業(yè)發(fā)展領域，機器人系統的應用越發(fā)廣泛，在一定程度上促進了工業(yè)事業(yè)的智能化、信息化發(fā)展。在工業(yè)領域，利用先進的技術手段，將不同的工藝設備，以網絡為載體進行銜接，從而實踐工業(yè)生產的全面性控制?？刂葡到y的出現，在一定程度上推動了工業(yè)的深入發(fā)展進程，不僅能夠使工業(yè)信息傳遞效率加快，同時也能夠推動工業(yè)信息的共享。隨著工業(yè)機器人的發(fā)展，開放性控制系統成為人們重點研討的內容?？v觀當前的控制系統和設備，技術商品化水平是影響開放性的重要因素，也是促進控制系統實現深入發(fā)展的關鍵模塊。目前開放性控制系統并沒有準確定義。但是經過總結，可以集中體現在3個方面：拓展性、操作性、移植性。

1.3 控制系統開放性概述

在國際化發(fā)展環(huán)境下，關于工業(yè)機器人控制系統，其開放性發(fā)展將成為主要趨勢，尤其是對于西方經濟發(fā)展較為顯著的國家，這將是一場嚴峻的競爭。以美國為例，相繼提出GNGC和OMAC計劃，就是為了實現工業(yè)領域的自動化、智能化發(fā)展，顯著提高美國在工業(yè)行業(yè)領域的競爭地位。除美國外，歐盟以及日本等也十分看重控制系統開放性建設與發(fā)展，例如歐盟的OSICA以及日本的ASEC等計劃。除了研發(fā)，控制系統在應用領域所呈現的開放性特征也十分顯著。首先在應用范圍方面具有較強的開放性特征。但是應用范圍的廣泛性也造成了一定的問題，即無法在標準上進行統一與明確。不管怎樣開發(fā)工業(yè)機器人控制系統，對于促進未來工業(yè)改革以及實現深入發(fā)展都十分關鍵。不僅能夠滿足工業(yè)機器人未來研發(fā)需求，同時也在一定程度上順應了未來工業(yè)改革發(fā)展趨勢。因此，針對工業(yè)機器人加強控制系統研究是當前工業(yè)改革要重點面臨的問題之一。

2 工業(yè)機器人開放式控制系統實現方式

2.1 硬件實現方式

在工業(yè)機器人領域，為實現開放性控制系統建設，需要從硬件方面進行優(yōu)化。硬件組成具體體現2個方面：PC和VME系統。相較于后者，前者所呈現的功能比較突出，尤其是在開放性方面，具有顯著的特征。因此在控制系統開發(fā)領域，呈現的作用比較顯著，不僅能夠對研發(fā)環(huán)境進行優(yōu)化與創(chuàng)新，同時也重點突出控制系統通訊功能，豐富系統功能類型。最重要的是能夠實現成本的有效控制，對于實現工業(yè)機器人可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。基于PC的控制系統，在硬件方面的實現方式具體可以歸結為4個類型：（1）PC方式。該種實現方式雖然開放性特征比較顯著，但是在某些方面也存在一定問題，例如需要對控制卡提出嚴格要求。（2）IPC實現方式。在結構上呈現出緊密性優(yōu)勢比較顯著，能夠有效緩解數據壓力，還能夠保證分工明確，從而促進各項工業(yè)技術順利推進。（3）PCL方法。在連接以及聯網方面所呈現的優(yōu)勢比較顯著，同時也能夠促進多個的機器人之間的協同運行，能夠實現工業(yè)運行環(huán)境的在線監(jiān)控。（4）通用PC與以太網的結合模式。該模式在工業(yè)控制領域所呈現的技術優(yōu)勢也比較顯著，具體體現效率顯著，同時也在很大程度上順應了網絡化、信息化發(fā)展趨勢，對于促進工業(yè)智能性、現代化發(fā)展，具有十分深遠的意義。

2.2 軟件實現方式

除硬件結構外，軟件結構在開放性控制系統建設中發(fā)揮的作用尤為顯著。控制環(huán)境主要以2種狀態(tài)為主：Windows、LINUX。在特定的環(huán)境下，對相關數據進行計算和分析，通過邏輯運算完成相關控制指令，保證控制系統正常運行。為了實現軟件的開發(fā)與應用，相關人員專門開發(fā)出軟件包，為開放性控制系統提供專門、特定的服務，從而保證工業(yè)機器人系統功能，能夠得到充分、合理的發(fā)揮。除上述軟件開發(fā)操作，還有很多學者就控制系統，專門從開放性方面就相關技術手段以及控制系統進行開發(fā)，并且實現了多類型機器人的協同控制運作，在很大程度上改變了工業(yè)發(fā)展環(huán)境。

3 基于開放式控制系統的多機器人協同分析

在機器人控制系統領域，關于開放性系統的協功能分析呈現出十分顯著的效果，而多層等級類型的系統是比較典型的研發(fā)成果，在該領域呈現的地位十分突出。同時很多學者開始參與多機器人協同研究領域，提出了很多學說與程序，這對于系統的開放性開發(fā)具有積極的影響和意義。尤其是國外很多公司，開始將多機器人協同控制系統應用于工業(yè)生產實踐當中，在很大程度上提高了工業(yè)實踐作業(yè)效率，同時也促進了工業(yè)實現深入的改革與發(fā)展。例如在美國焊接工業(yè)領域，已經應用了雙機器人協調系統。而在奔馳車間生產領域，也應用了多機器人協調系統，實現了2～3個機器人之間的協調運作與控制，在很大程度上提高了車間生活生產工作效率和質量。目前多機器人協調已經受到了十分普遍和廣泛的應用，例如在焊接、噴涂等領域，受到廣泛應用，并呈現出顯著的效果。

4 工業(yè)機器人控制系統總體方案分析

在工業(yè)機器人領域，關于控制系統需要以總體方案為載體進行優(yōu)化設計，從而保證系統功能更加全面和具體。在硬件結構方面，計算方式主要以兩級為主，并且具有顯著的功能優(yōu)勢，不僅能夠有效地解決復雜的問題，同時也能夠全面提高控制結果的精度，保證控制工作效率更加顯著。在頂層設計過程中，為保證系統結構組成更加成熟化與安全化，工作人員需要適當豐富接口，對上位機結構進行完善與優(yōu)化。同時對工業(yè)機器人存儲容量、信息傳遞速度等進行優(yōu)化，調整機器人運動估計，對整體運作環(huán)節(jié)進行有效控制。具體的硬件結構編制圖顯示如圖1。

圖1

5 工業(yè)機器人控制系統發(fā)展趨勢分析

通過分析工業(yè)機器人在當前工業(yè)領域控制系統方面呈現的方式和效果，可以發(fā)現，在未來工業(yè)領域該控制系統將呈現出顯著的發(fā)展優(yōu)勢。尤其是在信息化發(fā)展環(huán)境下，各國十分看重信息技術更新與完善。隨著工業(yè)發(fā)展規(guī)模的不斷擴大，工業(yè)機器人的廣泛應用已經是一種必然的發(fā)展趨勢。通過多個機器人之間的協調發(fā)展，優(yōu)化工業(yè)發(fā)展環(huán)境，促進工業(yè)工藝發(fā)展全面協調與控制，還能保證各項生產作業(yè)高效地進行。因此在未來的工業(yè)發(fā)展領域，必須在思想上重視工業(yè)機器人，并且重點研發(fā)相關控制系統。重點圍繞當期工業(yè)機器人運行環(huán)境，就相關的控制系統進行研發(fā)與創(chuàng)新，積極學習國外先進的控制理論和技術手段。依據國家工業(yè)發(fā)展環(huán)境以及具體的發(fā)展要求，進行改良與創(chuàng)新，創(chuàng)建出符合國家工業(yè)發(fā)展需求的控制體系。

6 結語

綜上所述，在工業(yè)機器人領域，控制系統發(fā)揮著關鍵性的作用，為保證工業(yè)機器人系統功能得到正常發(fā)揮，工業(yè)行業(yè)必須重點加強控制系統建設。從開放性、系統性、總體性特征進行重點分析，完善控制系統。同時，分析控制系統發(fā)展趨勢，掌握未來控制系統調整和創(chuàng)新方向，從而使工業(yè)領域實現智能化控制與管理。