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工業機器人典型控製係統及結構
admin 2019-10-03 588次

摘要:工業機器人由主體、驅動係統和控製係統三個基本部分組成。主體即機座和執行機構,包括臂部、腕部和手部,有的機器人還有行走機構。大多數工業機器人有3~6個運動自由度,其中腕部通常有1~3個運動自由度;驅動係統包括動力裝置和傳動機構,用以使執行機構產生相應的動作;控製係統是按照輸入的程序對驅動係統和執行機構發出指令信號,並進行控製。 

關鍵詞:工業機器人 控製係統 結構體係  

(一)工業機器人控製係統所要達到的功能 

  機器人控製係統是機器人的重要組成部分,用於對操作機的控製,以完成特定的工作任務,其基本功能如下: 

     (1)記憶功能:存儲作業順序、運動路徑、運動方式、運動速度和與生產工藝有關的信息。  

     (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引示教兩種。  

     (3)與外圍設備聯係功能:輸入和輸出接口、通信接口、網絡接口、同步接口。      

     (4)坐標設置功能:有關節、絕對、工具、用戶自定義四種坐標係。                (5)人機接口:示教盒、操作麵板、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:機器人多軸聯動、運動控製、速度和加速度控製、動態補償等。  

     (8)故障診斷安全保護功能:運行時係統狀態監視、故障狀態下的安全保護和故障自診斷。  

(二)、工業機器人控製係統的組成(圖1)  

    (1)控製計算機:控製係統的調度指揮機構。一般為微型機、微處理器有32位、64位等,如奔騰係列CPU以及其他類型CPU。  

    (2)示教盒:示教機器人的工作軌跡和參數設定,以及所有人機交互操作,擁有自己獨立的CPU以及存儲單元,與主計算機之間以串行通信方式實現信息交互。      

    (3)操作麵板:由各種操作按鍵、狀態指示燈構成,隻完成基本功能操作。     (4)硬盤和軟盤存儲存:儲機器人工作程序的外圍存儲器。      

    (5)數字和模擬量輸入輸出:各種狀態和控製命令的輸入或輸出。      

    (6)打印機接口:記錄需要輸出的各種信息。  

    (7)傳感器接口:用於信息的自動檢測,實現機器人柔順控製,一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。  

    (8)軸控製器:完成機器人各關節位置、速度和加速度控製。  

    (9)輔助設備控製:用於和機器人配合的輔助設備控製,如手爪變位器等。     (10)通信接口:實現機器人和其他設備的信息交換,一般有串行接口、並行接口等。  

    (11)網絡接口  

               1)Ethernet接口:可通過以太網實現數台或單台機器人的直接PC通信,數據傳輸速率高達10Mbit/s,可直接在PC上用windows庫函數進行應用程序編程之後,支持TCP/IP通信協議,通過Ethernet接口將數據及程序裝入各個機器人控製器中。        

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

(三)、工業機器人控製係統分類  

     (1)程序控製係統:給每一個自由度施加一定規律的控製作用,機器人就可實現要求的空間軌跡。  

      (2)自適應控製係統:當外界條件變化時,為保證所要求的品質或為了隨著經驗的積累而自行改善控製品質,其過程是基於操作機的狀態和伺服誤差的觀察,再調整非線性模型的參數,一直到誤差消失為止。這種係統的結構和參數能隨時間和條件自動改變。     

    (3)人工智能係統:事先無法編製運動程序,而是要求在運動過程中根據所獲得的周圍狀態信息,實時確定控製作用。  驅動方式:參見工業機器人驅動係統。  運動方式:  

    (4)點位式:要求機器人準確控製末端執行器的位姿,而與路徑無關;         (5)軌跡式:要求機器人按示教的軌跡和速度運動。  

    (6)控製總線: 國際標準總線控製係統。采用國際標準總線作為控製係統的控製總線,如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。  

    (7)自定義總線控製係統:由生產廠家自行定義使用的總線作為控製係統總線。     

    (8)編程方式: 物理設置編程係統。由操作者設置固定的限位開關,實現起動,停車的程序操作,隻能用於簡單的拾起和放置作業。  

    (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:不對實際作業的機器人直接示教,而是脫離實際作業環境,生成示教程序,通過使用高級機器人,編程語言,遠程式離線生成機器人作業軌跡。     

(四)、機器人控製係統結構      機器人控製係統按其控製方式可分為三類。  

    (1)集中控製係統(Centralized Control System ):用一台計算機實現全部控製功能,結構簡單,成本低,但實時性差,難以擴展,在早期的機器人中常采用這種結構,其構成框圖,如圖2所示。基於PC 的集中控製係統裏,充分利用了PC 資源開放性的特點,可以實現很好的開放性:多種控製卡,傳感器設備等都可以通過標準PCI插槽或通過標準串口、並口集成到控製係統中。集中式控製係統的優點是:硬件成本較低,便於信息的采集和分析,易於實現係統的最優控製,整體性與協調性較好,基於PC 的係統硬件擴展較為方便。其缺點也顯而易見:係統控製缺乏靈活性,控製危險容易集中,一旦出現故障,其影響麵廣,後果嚴重;由於工業機器人的實時性要求很高,當係統進行大量數據計。

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