首页 工业机器人控制系统的开放体系结构.pdf

工业机器人控制系统的开放体系结构.pdf

工业机器人控制系统的开放体系结构.pdf

上传者: 2008gl 2011-06-25 评分1 评论0 下载7 收藏0 阅读量413 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《工业机器人控制系统的开放体系结构pdf》,可适用于电信技术领域,主题内容包含第卷第期年月机器人ROBOTVoI.。No.May文章姥号:()工业机器人控制系统的开放体系结构王天然曲道奎(中国科学院沈阳自莉化研究所扰陌)摘要:符等。

第卷第期年月机器人ROBOTVoI.。No.May文章姥号:()工业机器人控制系统的开放体系结构王天然曲道奎(中国科学院沈阳自莉化研究所扰陌)摘要:本文分析研究了开放式机器人体系结构的研究进展.探讨了刺用PC技术、现场总线(CAN)技术以及多传感技术研究开发开放的工业机器人控制系统的问题.最后介绍了我们具有自主版权的开放式AIASUN一SB工业机器^控制系统.关羹词开放控削系统I机器^控铀系统结构机器人控制,St器人硬件结构{机器^软件结构f模块结构中圈分类导:TP文献标识码:AoPENSYSTEMARCHITECTUREFoRCoNTRoLSYSTEMFoRINDUSTRIALRoBOTWANGTianranQUDaokui(ShgImmttitofAutomationChineseAcademyofSa'tnce$Shznyangii)Abstract:nispaperanalysestheresearchadvancesolltheopenrobotsystemarchitectureanddiscussesresearchanddeveopmentissuespertinenttotheopencontrolsystemfortheindustrialrobotusingPCtechnologyfieldbus(CAN)technology.andrnultisensorytechnology.AndfinallyanintroductionhasbeenmadeoftheopenAIASUN一BcontrolsystemfortheindustrialrobotcopyrightreservedbySIA.Keywords:opencontrolsystemrobotcontrolsystemarchitecturerobotcontrolor.robothardwarearchitecturerobotsoftwarearchitectuIemodularafcb.iteeture引言(Introduction)在机器人学的研究中机器人控制系统的体系结构研究一直是人们关注的热点.多年来体系结构的研究主要着眼于机器人自身的技术进步与功能的增强比如满足智能控制体系的发展.随着机器人在工业上的广莨应用机器人已成为工业生产系统中的一个标准部件.通过网络或者工业总线将生产线上各种设备的控制系统有效连接形成一个综合控制系统已成为现代生产装备的发展趋势它将大大加速整个控铜系统的数据与信息流通并真正实现共享同时方便产品设计人员和系统设计人员的程序设计.然而现代工业的生产设备是由不同厂家的设备组成的.目前对于大部分设备来讲若想将其综合一起成为一个自动化系统是很困难的所以工业生产设备的开放性倍受关注.工业机器人控制系统的开放性的研究除受自身技术发展促进之外还受收藕日期:Z一到其它两方面积极因素的影响.一是在工业生产系统中开放的自动化设备控制器会给用户生产者以及系统集成者带来可扩展、可联网、可移植等诸多好处另一因素则是当前计算机、网络以及控制技术研究和商品化水平的不断提高提供了增强控恻系统开放程度的可行性.开放式控饲系统是目前国际上控制系统发展的趋势.国际上发达国家已在该领域展开了激烈的竞争.美国继NGC研究计划(TheNextGenerationWorkstation/MachinecontrolArchitecturePro.gram)之后又由OMAC(OpenModularArchitectureControlsusersGroup)组织安排了开发计划其目的是开发开放式体系结构的模块化控制系统以提升美国自动化装备的水平.欧共体也在积极推行OSACA(OpenSystemArchitectureForControlWithinAutonaationSys万方数据第卷第期王天然等:工业机器人控制系统的开放体系结构tern)的研究开发其目的是使控制系统具有充分的开放性.日本同样也在积极进行这方面的工作许多企业在联合推行SEC计划(penSystemEnvironmeritforController)以便使控制系统的结构更灵活更适应未来发展的需求.OSEC机构将其研究范围遍及整个自动化领域并且广泛地与美欧等国家的相应机构交流企图使其成为该领域的标准.工业机器人应用领域非常广泛形成完全的统一标准是困难的.但是针对特定的应用建立部分统一标准是可行而且有益的.例如半导体工业的自动化制造设备事实上已经有了与上层监控系统的标准化交互界面.欧洲的焊接机器人生产者、用户、集成商开展了将机器人控制器与上层仿真软件商品的交互界面标准化的工作.目前商品化的工业机器人控制系统的开放水平事实上已经成为影响其市场竞争力的重要因索.开放式控制系统(Opencontrolsystem).机器人控制系统结构类型从严格的定义出发依据控制系统的开放程度机器人控制器被分为三类:封闭型、开放型和混合型.封闭型的控制系统是不能或者很难与其他硬件和软件系统结合的独立系统.而全开放的控翩系统具有模块化的结构和标准的接口协议其硬件和软件的各个部件都可以很方便地被用户和生产厂家变更它的硬件和软件结构能方便地集成外部传感、控制算法、用户界面等等.第三种混合型控制系统结构是部分封闭、部分开放的.现在应用中的工业机器人的控制系统基本上都是封闭型系统或混合型系统.在机器人开放式体系结构的研究中出现了各种结构.一类结构是严格分层递阶的.代表性的例子是NASREM.他是一种TOPDOWN控制结构.他将整个控制系统按功能划分为若干层次(基本层进一步与外界联系层次还可以更多)每个层次都包括任务分解、模型和传感器信息处理部分形成了纵向三列横向若干层递阶结构.不仅每个模块定义与功能明确同时每个模块与上下、左右的通讯内容及方式都有明确定义.这类结构虽然具有很多优点然而共同的阔题是反应比较慢.另一类是以美国麻省理工学院的研究为代表的基于行为的控制系统结构与上一种相反他是一个BOTTOMUP结构.它应用一组代表各种行为反应的软件这些软件同时运行井通过相互通讯和依据环境的变化.相互激励.但是如何根据一个给定任务进行高层次控制的设计比较困难.第三种结构也是人们在追求的结构混合结构它既具有灵活高效的底层控制同时又具有高层次的推理机构.难点就是这两个部分如何有效结合.事实上现在提出的开放式机器人体系结构大多数是部分(或者称大部分)开放的、递阶或部分递阶结构的体系结构..开放式控制系统结构的内涵现在机器人控制器的开放性还没有一个明确的定义也是希望与可能之间存在较大差距的结果.使用者、生产者及系统集成者都希望从控制系统的开放中获得实际效益.从这个角度总结分析可用下列几个性能的优劣和完善程度来评价工业机器人控制器的开放性.可扩展性(Extensibility):除去生产者和使用者之外第三方(如系统集成者.第三家自动化设备生产者)都可以在控制器上增加硬、软件设备扩充功能.互操作性(Interoperability):控制器的核心部分对外界应该表现成为一个符合一定标准的计算机它能与外界的一个或多个计算机交换信息.可移植性(Portability):机器人的应用软件可以在不同环境下互相移植.可增减性(Scalability):机器人系统的性能和功能可以根据实用需求很方便地增减.就计算机控制系统的体系结构而言要达到上述特性要求无疑地应该是一个标准化的硬件和一个具有开放界面的操作系统的体系结构.为了满足系统可以被用户修改或更换修改或增加机器人的应用功能机器人的控制系统应该尽可能地应用标准的、开放的、通用豹软、硬件平台而不是专用的定制的系统.这样的通用开放式控制器能够降低培训的要求减少系统支持需求和用户维护成本.现在的控制系统开发大多使用诸如c语言这样舳标准语言{软件平台方面试图使用Windows等标准操作系统.基于PC的Windows操作系统因其友好的人机界面和广泛的用户基础丽成为基于PC控制器的首选.采用PC作为机器人控制器的主机系统的优点是:()成本低()具有开放性()完备的软件开发环境和丰富的软件资源()良好的通讯功能.PC很容易与其它设备实现通讯.其缺点是Windows是一个非严格的实时系统不具备严格的实时处理能力另外其可靠性和安全性亦有很大问万方数据机器人年月题.即使如此基于PC系统仍是工业机器人开放式控制系统开发的方向.目前已有安川公司、RWT公司等把基于PC的机器人开放式控制系统作为其发展方向并已开发出了产品.为了能方便地增加传感器和其他外部设备方便地与周边设备连接控制系统应该采用标准的总线结构.一类硬件平台是基于VME总线的系统另一类则是基于PC总线的系统.前者主要用于早期的机器人控制系统或军事及航天机器人而后者主要是近期内刚刚发展起来的它主要用于工业机器人或服务机器人等.为了使机器人成为工业生产系统中的一个“友好”部件使一个以机器人为核心的工作站能与其他设备共享数据实现生产线或整个工厂的综台控制甚至机器人可以被远程操作机器人的控制系统应该具有进入工业网或者工业总线(如CAN总线等)的能力..开放式机器人控制系统的研究早期的开放式控制系统结构研究主要集中在控制系统的硬件结构方面如Albus提出的NASRAM模型Saridis提出的分层递阶结构的智能机器结构美国能源部提出的智能系统控制器(GISC)Nilson利用分层结构提出了开放式控制结构.随着开放式控制器的硬件系统的建立和机器人控制器的发展陆续出现了一些具有典型代表性的机器人控制器软件体系结构如NGC、LAAS、NEXUS、ORC等.现在机器人控制器开放式体系结构的研究已发展为整体、系统的方法软、硬件体系兼顾.由于对开放式控制系统的需求不仅学者在积极的研究新的开放式机器人控制系统机器人的制造厂家也在积极地开发机器人控制系统.由于工业机器人的控制系统要考虑它的技术经济性闪时.如前所述既要满足底层的效率具有高速响应的能力i又要兼顾高层推理的能力是开放体系结构的一个难题工业机器人的控制系统在满足其开放性的基本要求时淡化或者简单处理高层的推理结构.如FANUC公司的R一“I机器人控制器采用了位的RIsC通用处理器可以利用以太网集中瞥理可以通过上位机管理多个机器人可以通过电话线传进机器人程度I/o状态和报警记录从而可进行远程诊断.OTC公司的EXC机器人控制系统可以对多台机器人和变位机进行独立的运动控制可以层加现场总线的接口.躅R.JI机器人控制器Fig.R.JlrobotcontrollorSIASUN一B机器人控制系统(sIASUN一Brobotcontrolsystem).SIASUN一的体系结构面向机器人技术的发展和工业的应用需求沈阳自动化所提出了基于PC总线和CAN总线的工业机器控制系统体系结构并开发出了SIASUN一B工业机器人控制器.为了使工业机器人的控制系统具有开放性解决底层的效率和上层可以与整个生产线协调控制之间的矛盾SIAsuN一B控制系统分为三个层次.伺万方数据第卷第期王夭然等t工业机器人控制系统的开放体系结构服与数据采集层与被控对象(电机)和传感器相连.运动层负责运动规划以及插补计算等控制算法的运算.系统层负责离线编程和生产线的管理与监控.伺服与数据采集层通过PC总线与运动层连接充分利用PC机的开放性资源.运动控制层可以通过CAN总线与系统层相连同时也使一个机器人的控制系统通过CAN总线与其他设备组成为一个控制与管理系统.利用标准化现场总线增强控制系统的开放性.主cptl卜.卜叫叫器示t盍轴伺量控簟jL空童伺最毫机葺羹詹c^N且运动拄晨PC营擅伺与舞来膏麓丑僖拄曩内量PLC捍接接口扳翻陛到嵫变囊柙l最电机I图EXC机器人控制系坑Fig.EXCrobotcontroisystemt讯基口工上也计算机机人生产囊生产酋苴控‘单元)上位机t曩机f心蠢嚣J南南lIIIJjJIJj图开放式工业机器人控制系统Fig.Opencontrolsystemfori,dustdarobot.机器人的硬件结构在硬件系统上采用开放式的结构和模块化的设计方法.基本系统采用I/O总线进行功能的增碱非常方便.扩展系统采用现场总线方式进行功能的扩充.系统组成如下:该开放式机器人控制系统采用多CPU计算机结构分为主计算机、编程示教盒(手控盒)和上位机主计算机和编程示教盒通过串口进行异步通讯.上位机和主计算机通过串口、CAN等进行通讯.主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/o等功能.而编程示教盘完成在线的示教、编程及信息的显示和按键的输入.上位机完成离线编程、机器人生产线的管理和监控等功能.系统采用模块化结构根据需要可以配置成不同轴数机器人系统.主计算机采用DX一嵌入式微型计算机.由于采用了嵌入式机构保证了系统的可靠性缩小了控制系统的体积.嵌人式结构是机器人控制系统和其它智能机器控制系统来来发展的方向.通过嵌入式芯片控制具有标准脉冲接口的交流位置伺服单元完成交流电机的控制.也可以通过D/A输出控制交流伺服电机.该模块可同时控制路交流伺服电机其控制参数可优化调整.通过增减数字位置伺服模块的数量即可控制不同的机器^运动轴数..软件系统的结构及功能控铷软件建立在VRTX实时多任务操作系统上系统采用分层和模块化结构以实现软件系统的万方数据机器人年月开放性圉扩展系统框图Fig.Extendedsystemcomposition机器人操作系统由机器人基本系统和机器人应用系统组成.基本系统完成机器人示教、执行、系统检查等功能.在此基础上进行了功能扩充增加了内嵌PLC功能和机器人的协调运动算法使机器人控制器的控制轴数增加到个轴即机器人可对多个弧焊工作站进行协调运动同时完善了机器^控制系统的诊断功能提供了系统的在线帮助功能便于对用户进行操作指导和系统维护.图软件系统模块结构围Fig.Modulararchitectureforsotwaresystem整个软件采用VRTX实时多任务操作系统实现.VRTX是确定性、抢占式和基于优先级的实时多任务操作系统.VRTX实时多任务操作系统根据功能来分层每一层都使用下一层提供的功能.系统硬件构成了系统的最底层.紧接着一层包括了最简单的大多是硬件相关的操作系统功能最上层是应用程序.从技术的角度来看每一层都为其上一层定义了一个虚拟机.在更高的层上是不能分辨出由软件提供的功能与由硬件提供的功能每一层都增加了一些功能.控制软件系统按层次划分为模块图是软件系统结构图.结论(Conclusion)无论从机器人技术的发展方面看还是从它应用的工业领域的自动化发展要求的角度看机器人控制系统的开放性是必须的.而严格意义上的开放的体系结构是有意义的发展方向然而无论从技术实现的现实可能和从技术成本上考虑现在追求这样的一个目标是困难重重和不必要的.由于已有大量的机器人系统存在而且技术进步是如此之令人眼花缭乱制定一个一定程度开放的标准也是很困难的.目前的研究重点就是探讨可行的控制系统开放式结构利用计算机技术和新信息技术的最新发展成果努力提高控制系统的开放程度逐步向全开放系统发展.SASUN一B机器人控制系统就是我们努力实现这一目标的一个实例该系统已在实际生产中成功应用.f一弱匠墨曩一一一万方数据第卷第期王天然等工业机器人控制系统的开放体系结构参考文献(References)l王天然.一个开放式移动机器^体系结构.机器^.()BarbaraHayerRoth.AnArchitectureforAdaptiweIntelligentSystemsArtificialIntelligeoee()EveCasteManiereReidSimmons.Archit舵ture.theBackboneofRobotieSystems.IEEEonICRA.GaryJ.Ruteledge.‘ThePCanditsInfluence呻RobotContnLlers.IEEEOnICRA.lFMProctorrjSAIbua.Openareblteeture(:ontrolIetsIEEKSpeetrutmJuneGengeTurnbull.TheOpenControllerIEEEManufacturingEngineertJuaetJuanAF.JavierGNexus.AFiexlhleEffcientandRobustFrameworkforIntegratingSoftwareComponentofaRoboticSy扣tam.ProceedingsoftheIEEEonICRA一JuanAFergandzJavierGen瓤lez.TheNEXL『SOpenSystemforIntegratingRoboticSoftware.RoboticsandComputerIntegratedManufacturj“g}IKissNiltnRotfJobmson.IntegratedArchitectureforIndusttialRobotProgrammlng蚰dControlRohcticsandAutmIo也ousSystems()【GueorguievAAlienPKGoldEBlaerP.DesignArchitectureandControIofaMobileSiteModelingRohot.IEEEonCRA.HermanBrnyninekx.OpenRobotControlSoftwareItheOROCOSProject.ProeIEEEonlcRA.HanKH.ShimKimetc.Implementationof|nternetBasedPerBDnaIRobot刊thInternetControlArchitecture.Proc.EEEonICRA.tIElhajjJTam.NXietaMultisiteInternetBasedCooperativeControlofRobot.prOCoftheIEEE/RSJIntern.Conf.onIntelligentRobotsandSystems..ElhajjITornJtXiNtetc.ntemetBasedCooperativeTeteoperorlon.ProelmemWorkshopoⅡBioRoboticsTeleoperationZ.RrieRutten.AFrameworkforUsingDisereteControlSynthesisinSafeRoboticProgrammingandTeleoperation.ProcIEEEonlCRA..LyrmeE.ParkerGeorgeBakeyJacobBerhenDisttibutedAutonomouRoboticSystem.SpringerVorelag一太缓贺替.工业机嚣^的控制.日本机挂蛤意..()r小山傻直.DbtfihutedOpe.RobotControllerNetwoRC.Robot.()LFe/r“.a舢“ffet“.aaudio.M“fe*umlb.GanAat'ttOnioMagnani.HybridModelingandSimulationfortheDesignofanAdvancedIndustriaRobotControerIEEERoboticsLA叶tomationMagazine.JuneWilliamEFord.WhitisanOpt.ArchitectureRobotControllerIEEEInternationalSympeelumonIntell培entContr。itColumbusOhio.USA.一‰FleuryMHerbetc.AToolfortheSpecificationandtheImplementationofOperatingModeleainaDistributedRobot舡ehiteeture.ProeeedingeoftheIEEEIntern.Coal.onIn吲一igceltRobots&Systems(ROS).作者简介:王天然(一).男所长.研究接蝇I机器人学.遭‘(一).男耐妊理.研宽领域:机嚣人学.万方数据工业机器人控制系统的开放体系结构作者:王天然曲道奎作者单位:中国科学院沈阳自动化研究所,沈阳,刊名:机器人英文刊名:ROBOT年卷(期):,()被引用次数:次参考文献(条)KlasNillsonRolfJohnssonIntegratedArchitectureforIndustrialRobotProgrammingandControl外文期刊()JuanAFernadzTheNEXUSOpenSystemforIntegratingRoboticSoftware外文期刊JuanAFJavierGNexusAFlexible,EfficientandRobustFrameworkforIntegratingSoftwareComponentofARoboticSystemGeogeTurnbullTheOpenControllerSaraFleuryMHerrbAToolfortheSpecificationandtheImplementationofOperatingModulesinaDistributedRobotArchitecture,ProceedingsoftheIEEEInternConfWilliamEFordWhatisanOpenArchitectureRobotControllerIEEEInternationalSymposiumonIntelligentControlLucaFerrariniGiannirrettiClaudioMaffezzoniGianAantonioMagnaniHybridModelingandSimulationfortheDesignofanAdvancedIndustrialRobotCjontroller小山俊彦DistributedOpenRobotControllerNetwoRC()大须贺公工业机器人的控制()LynneEParker,GeorgeBekeyJacobBarhenEricRuttenAFrameworkforUsingDiscreteControlSynthesisinSafeRoboticProgrammingandTeleoperation外文会议ElhajjITarnJXiNInternetBasedCooperativeTeleoperationProcInternIElhajjJTarnNXiMultisiteInternetBasedCoperativeControlofRobotsandSystemsHanKHShimKimImplementationofInternetBasedPersonalRobotwithInternetControlArchitecture外文会议HermanBruyninckxOpenRobotControlSoftware:theOROCOSProjectGueorguievAAllenPKGoldEBlaerPDesignArchitectureandControlofaMobileSiteModelingRobotFMProctorJSAlbusOpenarchitectureControllersGaryJRuteledgeThePCanditsInfluenceonRobotContuollersEveCosteManereReidSimmonsArchitecture,theBackboneofRoboticSystemsBarbaraHayerRoth>AnArchitectureforAdaptiveIntelligentSystems()王天然朱枫一个开放式移动机器人体系结构()引证文献(条)田茂胜唐小琦孟国军叶伯生基于嵌入式PC的工业机器人开放式控制系统交互控制的实现期刊论文计算机应用()裴九芳基于LabVIEW的精锻控制系统软件设计期刊论文安徽工程科技学院学报()顾剑锋张兴国朱龙彪基于DSP运动控制器的R工业机器人系统设计期刊论文组合机床与自动化加工技术()苏海新韩宝玲罗庆生石琳梁园基于PMAC的工业码垛机器人控制特性研究期刊论文机械与电子()李永明王健焊接机器人控制系统的研究期刊论文仪表技术()裴九芳程晋石基于DSP控制器的精锻机器人控制系统设计期刊论文工业仪表与自动化装置()张兴国徐海黎一种开放式平面关节型工业机器人系统期刊论文制造业自动化()裴九芳程晋石许德章基于精锻件的机器人控制系统研究期刊论文成组技术与生产现代化()夏卫生张海鸥王桂兰杨云珍邹阳基于Ethernet的开放式机器人等离子熔射成形系统研究期刊论文机器人()韦文求谢存禧张铁庄焕伟工业机器人控制系统的开放性与实时性研究期刊论文现代制造工程()杨明志数控线路板V型槽切割机控制系统的研制学位论文硕士张晓进焊接机器人轨迹规划及示教编程软件的设计学位论文硕士张晋勇基于开放式数控技术的图像雕刻系统学位论文硕士王珂娜黄文梅刘红显左飞雁钟志华基于PCI运动控制卡的开放式焊接机器人研究期刊论文组合机床与自动化加工技术()刘晓垒五轴焊接机器人控制系统研制及动力学分析学位论文硕士沈宝宏面向IC制造的净化机器人的研究与设计学位论文硕士邹小兵蔡自兴于金霞基于异构Agent的移动机器人体系结构设计期刊论文中南大学学报(自然科学版)()毛春利周国荣基于USB的通用机器人控制器期刊论文自动化技术与应用()胡立明自由度柔性手臂实验平台的研究学位论文硕士孙秀云移动机器人的路径规划及其运动控制器研究学位论文硕士邹小兵移动机器人原型的控制系统设计与环境建模研究学位论文博士许冯平X射线检测实时成像管道机器人技术与理论研究学位论文博士孙一兰多轴控制系统的研究学位论文硕士高征计算机网络环境中的“软件人”构造技术的研究学位论文硕士贾侦华一种新型四轴喷漆机器人及其控制系统的开发与研究学位论文硕士张彦俊适合网络控制的机械臂与移动机器人系统开发与实现学位论文硕士郝立孟正大开放式网络化机器人软件系统设计期刊论文电气传动(z)于万成王太勇李宏伟苏伟基于开放式运动控制器的五坐标机器人的系统结构研究期刊论文组合机床与自动化加工技术()沈跃刘国海刘慧基于PC总线的开放式机器人控制器的研究期刊论文组合机床与自动化加工技术()张兴国殷爱华基于DSP运动控制器下的环保压缩机装配机器人研制期刊论文机械制造()黄时佺刘健王国权AUV内部通讯总线设计期刊论文机器人()于万成基于开放式运动控制的数控技术教学平台的研究和设计学位论文硕士袁海斌基于现场总线的工程机械控制与操纵系统关键技术研究学位论文博士李东君开放式冗余度教学机器人的结构设计及控制学位论文硕士吴向阳戴先中孟正大分布式机器人控制器体系结构的研究期刊论文东南大学学报(自然科学版)(z)曲道奎徐方王天然高性能机器人控制系统的研究期刊论文机器人()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicaljqraspx

职业精品

(汽车)产品营销策划书范文.doc

HH牙膏营销方案策划书.doc

加班管理人力资源考勤管理系统方案.doc

物品采购管理制度-正式.doc

用户评论

0/200
    暂无评论
上传我的资料

精彩专题

相关资料换一换

资料评价:

/ 8
所需积分:2 立即下载

意见
反馈

返回
顶部