探究分布式控制系統(tǒng)在工業(yè)機器人中的應(yīng)用

金亮

（遼寧石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院自動化系，遼寧 錦州 121001）

0 引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)機器人技術(shù)或?qū)⒊蔀槲磥砜茖W(xué)技術(shù)研究的主流方向。在各行各業(yè)的日常生產(chǎn)和發(fā)展過程中，都可以嘗試運用機器人技術(shù)來進(jìn)行工作效率的提升和工作質(zhì)量的完善。沒有信息技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)下的機器人技術(shù)不僅擁有超高的信息處理能力，還擁有較高的智能化水平，能夠在更廣闊的領(lǐng)域發(fā)揮較為明顯的作用。而分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人或?qū)⒊蔀槲磥砉I(yè)機器人發(fā)展的一個重大方向。

1 工業(yè)機器人概述

作為目前投入工業(yè)生產(chǎn)使用當(dāng)中的工業(yè)機器人大多數(shù)負(fù)責(zé)一些低技術(shù)含量高重復(fù)率的工作，這些工作過于單調(diào)乏味，倘若使用人力資源，需要消耗過高的成本。但倘若使用工業(yè)機器人，則能夠在控制成本的基礎(chǔ)上，提升日常的工作效率。大多數(shù)工業(yè)機器人的工作條件都較為惡劣，這些惡劣的工作環(huán)境很可能會給工作人員帶來身體健康方面的危險，但如果用工業(yè)機器人代替人力進(jìn)行惡劣環(huán)境下的工作，則能夠在一定程度上提升工作人員身體健康方面的保障。現(xiàn)階段所使用的工業(yè)機器人是一種全電動的空間關(guān)節(jié)型機器人這種機器人。通常由三個重要的部分組成，其中決定機器人性能的是本體部分，它需要負(fù)責(zé)完成工業(yè)生產(chǎn)方面的主要操作，因此工作人員在進(jìn)行機器人驅(qū)動和監(jiān)控的過程中，需要對機器人的本體進(jìn)行必要的操作[1-2]。

在傳統(tǒng)的機器人構(gòu)建與設(shè)計過程中一些關(guān)鍵性的關(guān)節(jié)和位置通常都是以混合控制和集中控制的方式來進(jìn)行設(shè)計，但這樣的設(shè)計很難滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，很難讓機器人使用類人的姿勢進(jìn)行相應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)，為此有關(guān)技術(shù)研究者嘗試采用分布式控制結(jié)構(gòu)或主從式控制結(jié)構(gòu)來取代原有的控制方法和理念，進(jìn)行關(guān)鍵關(guān)節(jié)的組裝設(shè)計。結(jié)果證明相比較混合控制或集中控制理念而言，分布式控制結(jié)構(gòu)的確能夠讓機器人的日常行動變得更為智能，因此現(xiàn)階段的機器人控制系統(tǒng)通常都會采用分布式結(jié)構(gòu)來進(jìn)行組裝設(shè)計。

2 進(jìn)行控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化

為了讓分布式控制系統(tǒng)的工業(yè)機器人在日常的工業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮更大的作用，有關(guān)技術(shù)研究者嘗試進(jìn)行控制系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化，下面將對優(yōu)化策略進(jìn)行深入的分析與研究。

2.1 進(jìn)行整體框架的優(yōu)化

實際上工業(yè)機器人日常所處的工作環(huán)境是十分惡劣的，并且會隨著時間的不斷推移而進(jìn)行變化。因此分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人需要具有進(jìn)行突發(fā)事件處理的能力，能夠及時通過感應(yīng)模塊的相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸來對外界環(huán)境進(jìn)行必要的分析與監(jiān)測，通過程序指令來進(jìn)行相對應(yīng)動作的呈現(xiàn)，以便進(jìn)行現(xiàn)階段所身處環(huán)境的準(zhǔn)確應(yīng)對，在這一過程中分布式控制系統(tǒng)需要為有關(guān)工業(yè)機器人進(jìn)行三個功能模塊的區(qū)分，這三個功能模塊分別是動態(tài)數(shù)據(jù)處理模塊，驅(qū)動控制模塊和感應(yīng)模塊。想要讓分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人，能夠合理的應(yīng)對各種突發(fā)狀況和工作環(huán)境，這三個模塊缺一不可，但在傳統(tǒng)的機器人控制系統(tǒng)中，大部分技術(shù)人員會使用集中式的控制模式來進(jìn)行相應(yīng)控制功能的呈現(xiàn)，這些控制功能通過CPU集成的方式來進(jìn)行運用，很容易在實際使用過程中出現(xiàn)系統(tǒng)延時或卡頓等現(xiàn)象，終影響到工業(yè)機器人的指令下達(dá)和行動呈現(xiàn)，有些技術(shù)人員為了提升CPU的性能，會嘗試進(jìn)行機器人系統(tǒng)的成本投入，但就會其他限度的突破機器人系統(tǒng)的成本運算，且無法進(jìn)一步的提升機器人系統(tǒng)的信息處理能力，也無法讓機器人的適應(yīng)環(huán)境能力變得更為優(yōu)良。為此有關(guān)技術(shù)人員嘗試拋棄原本的集中式控制模式運用理念，采取分布式控制系統(tǒng)的運用方法，來進(jìn)行相應(yīng)驅(qū)動控制功能的轉(zhuǎn)移，這樣一來，機器人的綜合系統(tǒng)效能就能夠得到進(jìn)一步的提升與完善[3-5]。

2.2 進(jìn)行控制器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

現(xiàn)階段所使用的工業(yè)機器人大多都是6關(guān)節(jié)工業(yè)機器人，為了使得其控制精度能夠得到進(jìn)一步的提升，大部分五關(guān)節(jié)的工業(yè)機器人都會采用分布式控制系統(tǒng)，通過主機和接點機的合理配合運用來構(gòu)建一個上下位機的二級結(jié)構(gòu)。上位機通常會使用PC機的方式來進(jìn)行中央系統(tǒng)的控制使得工作人員通過系統(tǒng)管理的方式來實現(xiàn)人機對話，并在故障發(fā)生的過程中進(jìn)行各層級之間的協(xié)調(diào)和故障的進(jìn)一步檢測，而下位機通常是由單片機組成。其中6個主要關(guān)節(jié)需要通過電機字符控制來進(jìn)行關(guān)節(jié)運動的操控，只有如此，才能夠使得工業(yè)機器人能夠順利的完成工作人員所希望完成的控制任務(wù)。由于每個關(guān)節(jié)中都有微處理器來進(jìn)行運動控制，因此相應(yīng)工業(yè)機器人的工作速率和工作質(zhì)量都能夠得到質(zhì)的飛躍。需要注意的是，在機器人工作的過程中，控制系統(tǒng)需要控制周邊裝置，只有如此才能夠讓機器人與其進(jìn)行協(xié)調(diào)的配合，為此技術(shù)人員嘗試在機器人內(nèi)部安裝遙感信號系統(tǒng)，通過此來讓機器人與周邊的設(shè)備進(jìn)行必要的連接，通過內(nèi)部的傳感信號來進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸。需要注意的是主控系統(tǒng)和關(guān)節(jié)控制單元之間，需要通過教和系統(tǒng)的串行通訊來進(jìn)行信息處理，只有如此，才能夠達(dá)到較為良好的信息處理效果。

2.3 進(jìn)行關(guān)節(jié)伺服的優(yōu)化

工業(yè)機器人在日常的工作過程中，需要被關(guān)注的控制點有許多，譬如其動作順序，動作時間間隔等都是應(yīng)當(dāng)被有關(guān)技術(shù)人員所關(guān)注的點，只有進(jìn)行相應(yīng)位置和速度的精準(zhǔn)控制，才能夠使得工業(yè)機器人在日常的工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮較為良好的作用。通常情況下，六關(guān)節(jié)的機器人在進(jìn)行驅(qū)動裝置運用的過程中，都會使用交流伺服電機來進(jìn)行驅(qū)動。使用交流伺服電機意味著測速驅(qū)動和碼盤都被看作是一個整體，通過兩個碼道的位置信號來進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的傳輸。當(dāng)然在進(jìn)行關(guān)節(jié)字符的使用過程中，很可能會由于可逆計數(shù)器發(fā)生錯誤而導(dǎo)致最終的信息數(shù)據(jù)反饋遭到干擾。為了避免有關(guān)干擾現(xiàn)象的出現(xiàn)，在進(jìn)行技術(shù)的過程中，應(yīng)當(dāng)嘗試進(jìn)行時鐘脈沖的同步，只有如此才能夠使得工業(yè)機器人在運動過程中關(guān)節(jié)平滑性達(dá)到技術(shù)研究者的理想程度，使得機器人能夠完全代替人力來進(jìn)行相應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)勞動。

2.4 進(jìn)行軟件設(shè)計的優(yōu)化

工業(yè)機器人在工業(yè)生產(chǎn)過程中有不同的工作狀態(tài)，現(xiàn)階段所設(shè)計的工作狀態(tài)有4種，一種是歸零，一種是示教，還有編輯和再現(xiàn)。大部分工業(yè)機器人在進(jìn)行軟件設(shè)計的過程中，技術(shù)工作人員都會采用模塊化的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行相應(yīng)的軟件設(shè)計，這種模塊化的設(shè)計結(jié)構(gòu)能夠使得控制系統(tǒng)的可讀性得到進(jìn)一步的改善，也能夠使得其易維護性得到進(jìn)一步的提升與完善。在這一整個過程中，控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計調(diào)試時間都能夠得到必要的縮短，與此同時，其功能又能夠得到進(jìn)一步的拓展。在工業(yè)機器人的主控軟件設(shè)計過程中，工作人員試圖將主控軟件分為三個模塊來分別進(jìn)行運用，這三個模塊是主模塊，功能模塊和任務(wù)模塊。

在工業(yè)機器人投入生產(chǎn)應(yīng)用過程之前，有關(guān)工作人員需要對初始化模塊進(jìn)行必要的編程，為系統(tǒng)開辟出一個適當(dāng)?shù)木彌_區(qū)，進(jìn)行軟件標(biāo)志的建立，在這一系列工作完成后，需要啟動自己模塊，對整個控制系統(tǒng)進(jìn)行自我診斷和自我檢測。與此同時，有關(guān)技術(shù)人員還要嘗試進(jìn)行歸零模塊的運用，讓工業(yè)機器人的主控單元向控制板發(fā)出指令使得所選的關(guān)鍵控制能夠歸零，這一整個過程需要通過內(nèi)部傳感器來進(jìn)行操作。除此之外，視角模塊的運用意味著用戶可以通過發(fā)布指令的方式來讓機器人根據(jù)指令進(jìn)行相關(guān)的關(guān)節(jié)性動作，有關(guān)指令也需要通過關(guān)節(jié)控制板來進(jìn)行信息的傳遞，如受用戶需要機器人進(jìn)行有關(guān)關(guān)節(jié)活動狀態(tài)的記憶就需要通過關(guān)節(jié)控制板進(jìn)行坐標(biāo)位置的發(fā)送，然后通過編輯模塊中的關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)值來進(jìn)行相應(yīng)記憶程序的植入。而在再現(xiàn)模塊，工作人員需要使用控制系統(tǒng)，對機器人的生產(chǎn)作業(yè)動作進(jìn)行必要的規(guī)范使其產(chǎn)生可行路徑，然后通過其工業(yè)生產(chǎn)的具體操作來進(jìn)行有關(guān)路徑的再現(xiàn)，使得機器人以更為智能的方法來進(jìn)行有關(guān)信息任務(wù)的處理。

3 其他方面的改進(jìn)措施分析

與此同時，有關(guān)技術(shù)人員還需要進(jìn)行示教系統(tǒng)軟件的運用，在給示教和系統(tǒng)軟件充上電后，需要對硬件進(jìn)行初始化操作，然后通過顯示的主菜單進(jìn)行進(jìn)一步的操作通過在示教盒中進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)要求的收入來讓機器人接受有關(guān)指令進(jìn)行相應(yīng)的動作。在進(jìn)行分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人運用過程中，需要設(shè)立固定的工作崗位，進(jìn)行工業(yè)機器人運用的質(zhì)量和狀態(tài)的監(jiān)督，對其中仍然存在的，急需改進(jìn)的問題進(jìn)行相應(yīng)的記錄。只有如此才能夠使得未來分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人生產(chǎn)建設(shè)，更符合工業(yè)生產(chǎn)的期待，也只有如此，才能夠使得工業(yè)機器人的日常生產(chǎn)能夠切實提升生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。這是未來分布式控制系統(tǒng)下工業(yè)機器人設(shè)計技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展方向[6]。

4 結(jié)語

總而言之，相比于傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備，工業(yè)機器人有眾多優(yōu)勢，智能化、易操作易管理、效率高、安全性能高、經(jīng)濟效益高等顯著優(yōu)勢。分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人技術(shù)將會是未來工業(yè)生產(chǎn)中的主力軍，不論是技術(shù)研發(fā)者還是一線工業(yè)生產(chǎn)工作人員都需要對此技術(shù)引起足夠的重視，嘗試進(jìn)行機器人工業(yè)生產(chǎn)的常態(tài)化操作訓(xùn)練，以期能夠使得未來我國的工業(yè)生產(chǎn)迸發(fā)出新的活力。