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如果僅僅有感官和肌肉,人的四肢還是不能動作。一方面是因為來自感官的信號沒有器官去接收和處理,另一方面也是因為沒有器官發出神經信號,驅使肌肉發生收縮或舒張。同樣,如果機器人只有傳感器和驅動器,機械臂也不能正常工作。原因是傳感器輸出的信號沒有起作用,驅動電動機也得不到驅動電壓和電流,所以機器人需要有一個控制器,用硬件坨和軟件組成一個的控制系統。
機器人控制系統的功能是接收來自傳感器的檢測信號,根據操作任務的要求,驅動機械臂中的各臺電動機就像我們人的活動需要依賴自身的感官一樣,機器人的運動控制離不開傳感器。機器人需要用傳感器來檢測各種狀態。機器人的內部傳感器信號被用來反映機械臂關節的實際運動狀態,機器人的外部傳感器信號被用來檢測工作環境的變化。
控制器是機器人系統的核心,國外有關公司對我國實行嚴密封鎖。近年來隨著微電子技術的發展,微處理器的性能越來越高,而價格則越來越便宜,目前市場上已經出現了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展機遇,使開發低成本、的機器人控制器成為可能。為了系統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在價格、性能、集成度和接口等方面的要求,這就產生了機器人系統對SoC(Systemon Chip)技術的需求,將特定的處理器與所需要的接口集成在一起,可簡化系統外圍電路的設計,縮小系統尺寸,并降低成本。
1.開放性模塊化的控制系統體系結構:采用分布式CPU計算機結構,分為機器人控制器(RC),運動控制器(MC),光電隔離I/O控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機器人控制器(RC)和編程示教盒通過串口/CAN總線進行通訊。機器人控制器(RC)的主計算機完成機器人的運動規劃、插補和位置伺服以及主控邏輯、數字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:軟件系統建立在基于開源的實時多任務操作系統Linux上,采用分層和模塊化結構設計,以實現軟件系統的開放性。整個控制器軟件系統分為三個層次:硬件驅動層、核心層和應用層。三個層次分別面對不同的功能需求,對應不同層次的開發,系統中各個層次內部由若干個功能相對對立的模塊組成,這些功能模塊相互協作共同實現該層次所提供的功能。
3.機器人的故障診斷與安全維護技術:通過各種信息,對機器人故障進行診斷,并進行相應維護,是機器人安全性的關鍵技術。
4.網絡化機器人控制器技術:目前機器人的應用工程由單臺機器人工作站向機器人生產線發展,機器人控制器的聯網技術變得越來越重要。控制器上具有串口、現場總線及以太網的聯網功能。可用于機器人控制器之間和機器人控制器同上位機的通訊,便于對機器人生產線進行監控、診斷和管理。
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