摘要：工業(yè)機(jī)器人由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括臂部、腕部和手部，有的機(jī)器人還有行走機(jī)構(gòu)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作；控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。 

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人 控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)體系  

（一）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)所要達(dá)到的功能 

  機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，用于對操作機(jī)的控制，以完成特定的工作任務(wù)，其基本功能如下： 

（1）記憶功能：存儲(chǔ)作業(yè)順序、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。  

（2）示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種。  

（3）與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。      

（4）坐標(biāo)設(shè)置功能：有關(guān)節(jié)、、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。                

（5）人機(jī)接口：示教盒、操作面板、顯示屏。  

（6）傳感器接口：位置檢測、視覺、觸覺、力覺等。 

（7）位置伺服功能：機(jī)器人多軸聯(lián)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制、速度和加速度控制、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取?nbsp; 

（8）故障診斷安全保護(hù)功能：運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障自診斷。  

（二）、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成

（1）控制計(jì)算機(jī)：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)。一般為微型機(jī)、微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型CPU。  

（2）示教盒：示教機(jī)器人的工作軌跡和參數(shù)設(shè)定，以及所有人機(jī)交互操作，擁有自己獨(dú)立的CPU以及存儲(chǔ)單元，與主計(jì)算機(jī)之間以串行通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互。      

（3）操作面板：由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本功能操作。

（4）硬盤和軟盤存儲(chǔ)存：儲(chǔ)機(jī)器人工作程序的外圍存儲(chǔ)器。      

（5）數(shù)字和模擬量輸入輸出：各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。      

（6）打印機(jī)接口：記錄需要輸出的各種信息。  

（7）傳感器接口：用于信息的自動(dòng)檢測，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。  

（8）軸控制器：完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制。  

（9）輔助設(shè)備控制：用于和機(jī)器人配合的輔助設(shè)備控制，如手爪變位器等。    

（10）通信接口：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等。  

（11）網(wǎng)絡(luò)接口  

1）Ethernet接口：可通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)臺(tái)或單臺(tái)機(jī)器人的直接PC通信，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10Mbit/s，可直接在PC上用windows庫函數(shù)進(jìn)行應(yīng)用程序編程之后，支持TCP/IP通信協(xié)議，通過Ethernet接口將數(shù)據(jù)及程序裝入各個(gè)機(jī)器人控制器中。        

2）Fieldbus接口：支持多種流行的現(xiàn)場總線規(guī)格，如Device net、AB Remote I/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。

（三）、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)分類  

 （1）程序控制系統(tǒng)：給每一個(gè)自由度施加一定規(guī)律的控制作用，機(jī)器人就可實(shí)現(xiàn)要求的空間軌跡。  

 （2）自適應(yīng)控制系統(tǒng)：當(dāng)外界條件變化時(shí)，為保證所要求的品質(zhì)或?yàn)榱穗S著經(jīng)驗(yàn)的積累而自行改善控制品質(zhì)，其過程是基于操作機(jī)的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再調(diào)整非線性模型的參數(shù)，一直到誤差消失為止。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)能隨時(shí)間和條件自動(dòng)改變。     

（3）人工智能系統(tǒng)：事先無法編制運(yùn)動(dòng)程序，而是要求在運(yùn)動(dòng)過程中根據(jù)所獲得的周圍狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)確定控制作用。  驅(qū)動(dòng)方式：參見工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。  運(yùn)動(dòng)方式：  

（4）點(diǎn)位式：要求機(jī)器人準(zhǔn)確控制末端執(zhí)行器的位姿，而與路徑無關(guān)；

（5）軌跡式：要求機(jī)器人按示教的軌跡和速度運(yùn)動(dòng)。  

（6）控制總線： 國際標(biāo)準(zhǔn)總線控制系統(tǒng)。采用國際標(biāo)準(zhǔn)總線作為控制系統(tǒng)的控制總線，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。  

（7）自定義總線控制系統(tǒng)：由生產(chǎn)廠家自行定義使用的總線作為控制系統(tǒng)總線。     

（8）編程方式： 物理設(shè)置編程系統(tǒng)。由操作者設(shè)置固定的限位開關(guān)，實(shí)現(xiàn)起動(dòng)，停車的程序操作，只能用于簡單的拾起和放置作業(yè)。  

（9）在線編程：通過人的示教來完成操作信息的記憶過程編程方式，包括直接示教（即手把手示教）模擬示教和示教盒示教。  

（10）離線編程：不對實(shí)際作業(yè)的協(xié)作六軸機(jī)器人直接示教，而是脫離實(shí)際作業(yè)環(huán)境，生成示教程序，通過使用高級機(jī)器人，編程語言，遠(yuǎn)程式離線生成機(jī)器人作業(yè)軌跡。     

（四）、機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為三類。  

（1）集中控制系統(tǒng)(Centralized Control System )：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但實(shí)時(shí)性差，難以擴(kuò)展，在早期的機(jī)器人中常采用這種結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成框圖，如圖2所示。基于PC 的集中控制系統(tǒng)里，充分利用了PC 資源開放性的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)很好的開放性：多種控制卡，傳感器設(shè)備等都可以通過標(biāo)準(zhǔn)PCI插槽或通過標(biāo)準(zhǔn)串口、并口集成到控制系統(tǒng)中。集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，整體性與協(xié)調(diào)性較好，基于PC 的系統(tǒng)硬件擴(kuò)展較為方便。其缺點(diǎn)也顯而易見:系統(tǒng)控制缺乏靈活性，控制危險(xiǎn)容易集中，一旦出現(xiàn)故障，其影響面廣，后果嚴(yán)重;由于工業(yè)機(jī)器人的實(shí)時(shí)性要求很高，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)