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控制系統(tǒng)
工業(yè)機器人五大知識技術(shù) 除了控制還有什么?
星之球科技 來源:自動化網(wǎng)2016-04-07 我要評論(0 )
控制器是機器人系統(tǒng)的核心,國外有關(guān)公司對我國實行嚴密封鎖。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,而價格則越來越便宜,目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了1-2美金...
1、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
控制器是機器人系統(tǒng)的核心,國外有關(guān)公司對我國實行嚴密封鎖。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,而價格則越來越便宜,目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了1-2美金的32位微處理器。高性價比的微處理器為機器人控制器帶來了新的發(fā)展機遇,使開發(fā)低成本、高性能的機器人控制器成為可能。為了保證系統(tǒng)具有足夠的計算與存儲能力,目前機器人控制器多采用計算能力較強的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器人系統(tǒng)在價格、性能、集成度和接口等方面的要求,這就產(chǎn)生了機器人系統(tǒng)對SoC(SystemonChip)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,可簡化系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計,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,形成了一個完整的SoC系統(tǒng)。在機器人運動控制器方面,其研究主要集中在美國和日本,并有成熟的產(chǎn)品,如美國DELTATAU公司、日本朋立株式會社等。其運動控制器以DSP技術(shù)為核心,采用基于PC的開放式結(jié)構(gòu)。
2、工業(yè)機器人控制系統(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,如三菱重工株式會社將其生產(chǎn)的PA210可攜帶式通用智能臂式機器人的結(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
在機器人軟件開發(fā)環(huán)境方面,一般工業(yè)機器人公司都有自己獨立的開發(fā)環(huán)境和獨立的機器人編程語言,如日本Motoman公司、德國KUKA公司、美國的Adept公司、瑞典的ABB公司等。很多大學在機器人開發(fā)環(huán)境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作,提供了很多開放源碼,可在部分機器人硬件結(jié)構(gòu)下進行集成和控制操作,目前已在實驗室環(huán)境下進行了許多相關(guān)實驗。國內(nèi)外現(xiàn)有的機器人系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境有TeamBots,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、MissionLab.v.6.0、ADE.V.1.0beta、Miro.v.CVS-March17.2006、MARIE.V.0.4.0、FlowDesigner.v.0.9.0、RobotFlow.v.0.2.6等等。從機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看,對機器人軟件開發(fā)環(huán)境有兩方面的需求。一方面是來自機器人最終用戶,他們不僅使用機器人,而且希望能夠通過編程的方式賦予機器人更多的功能,這種編程往往是采用可視化編程語言實現(xiàn)的,如樂高MindStormsNXT的圖形化編程環(huán)境和微軟RoboticsStudio提供的可視化編程環(huán)境。
4、機器人專用操作系統(tǒng)
?。?)VxWorks,VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(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;微秒級的中斷處理;支持POSIX1003.1b實時擴展標準;支持多種物理介質(zhì)及標準的、完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。
(2)WindowsCE,WindowsCE與Windows系列有較好的兼容性,無疑是WindowsCE推廣的一大優(yōu)勢。WindowsCE為建立針對掌上設(shè)備、無線設(shè)備的動態(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,它能在多種處理器體系結(jié)構(gòu)上運行,并且通常適用于那些對內(nèi)存占用空間具有一定限制的設(shè)備。
?。?)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的??梢陨约有薷暮髴?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)動程序帶來很大方便。
?。?)μC/OS-Ⅱ,μC/OS-Ⅱ是著名的源代碼公開的實時內(nèi)核,是專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的,可用于8位,16位和32位單片機或數(shù)字信號處理器(DSP)。它的主要特點是公開源代碼、可移植性好、可固化、可裁剪性、占先式內(nèi)核、可確定性等。
?。?)DSP/BIOS,DSP/BIOS是TI公司特別為其TMS320C6000TM,TMS320C5000TM和TMS320C28xTM系列DSP平臺所設(shè)計開發(fā)的一個尺寸可裁剪的實時多任務(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:多線程實時內(nèi)核;實時分析工具;芯片支持庫。利用實時操作系統(tǒng)開發(fā)程序,可以方便快速的開發(fā)復(fù)雜的DSP程序。
5、機器人伺服通信總線技術(shù)
目前國際上還沒有專用于機器人系統(tǒng)中的伺服通信總線,在實際應(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等用于機器人系統(tǒng)中。當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)動技術(shù)的串行總線技術(shù)和基于實時工業(yè)以太網(wǎng)的高速串行總線技術(shù)。
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