工业机器人基础知识Word文件下载.docx

1、在机器人控制器和控制结构发展趋势方面，不仅要具有快速的响应特性，较高的跟踪精度，而且应该有良好的通用性和扩展性。采用传统控制结构固有的缺点逐渐暴露出来，例如由于配线过多，对系统进行调试及维修比较困难；采用基于模拟信号的数据传输方式，系统的抗噪声能力很差；由于控制器的模块繁多, 模块之间的连接复杂，而且相互制约，难以实现十几个轴以上的同步协调运动控制；机器人所采用的专用的封闭式体系结构阻碍了机器人控制器的发展，满足不了现代工业柔性化发展的要求。同时目前的机器人控制智能型，交互性较差，操作安全性还有待提高。因此机器人控制器的发展趋势便现在两个方面： 开放性的体系结构：最早关于开放式控制器的研究源于

2、美国。早在 1981 年，美国国防部为了减少军备制造对日本控制系统的依赖性，开始了名为“下一代控制器（NGC，Next Generation Controller）”的计划，并成立了美国国家制造科学中心（NCMS，National Center of Manufacturing Sciences），其主要目的是拟订并推进开放式体系结构的标准规范SOSAS（Specification for an Open System Architecture Standard）。其后有许多相关的研究计划在世界各国相继启动，其中比较重要，影响较大的三项研究工作分别是美国的 OMAC（Open Modular

3、Architecture Controller），欧洲的OSACA（Open System Architecture for Controls within Automation Systems），以及日本的 OSEC（Open System Environment Controller）。这些工程的目标是开发可以控制各种基于标准的自动化硬件平台和操作环境的机器人和工业自动化系统。开发适用于机器人控制的通用软件包，其应用范围从最底层的实时伺服控制、到智能传感器处理，到高层人机交互，涉及机器人控制的各个方面。 总线控制方式：在现场总线分布式结构中，各种开关量、模拟量就近转变成数字信号，所有总线设

4、备间均采用数字信号进行通信，减小了传输误差，提高了测量和控制精度。现场总线的应用使导线和连接附件大量减少，安装、调试及维护的开销大幅度下降，并且使系统具有优异的远程监控功能和故障诊断功能，提高了系统的可靠性。现场总线还使系统硬件扩展更加方便，当控制轴数和IO点数增加时，对系统的硬件结构没有影响，便于系统的扩充和裁减。由于现场总线的协议是公开的，不同厂商的设备只要符合相应的标准，就可以实现互联、互换。目前国际上有60多种现场总线形式，常用的有Profibus、DeviceNet、CAN、CANOpen、 SyqNet、SERCOS和EtherCAT等。这点同时也是进行多机器人网络化控制的基础。

5、智能化和网络化控制器的智能化和网络化同样是发展趋势，未来的工业机器人应该具有视觉，触觉，具有很强的人机交互能力和学习能力，因此需要控制器具有多传感器信息融合能力。同时，机器人之间可以任意组成网络，完成多机器人协调控制，进一步提高自动化和智能化程度。（3）机器人关键基础部件（23个）技术指标的国内外对比（表格）；表1 主流交流伺服驱动驱动器技术指标与性能比较品牌松下（日系）安川倍福（AX2000，Danaher 代工） （欧美系）倍福（AX5000贝福自主研发）（欧美系）伦茨（9400）（欧美系）Danaher、Kollmorgan功率范围0.057.5 KW0.0515 KW0.0810KW0

6、.0820KW0.2520KW0.2515KW力矩特性曲线低速（100rpm）保持转矩等于额定转矩，低速恒扭矩100rpm）保持转矩大于额定转矩100rpm）保持转矩大等于额定转矩电流环带宽未明确给出3KHz34KHz速度环带宽小惯量标称1KHz（空载）1.6KHz（空载，V型驱动器）1KHz1.52KHz总线接口A4，A5系列暂不支持总线接口（仅为脉冲+方向，模拟量）部分产品支持DeltaTau的内部总线暂不支持总线接口（仅为脉冲+方向，模拟量）部分产品（V型驱动器）支持Synqnet总线EtherCAT（支持电流等驱动器信号实时采集）CANopen/EtherCAT/Poweerink /

7、DeviceNet等多种总线形式（支持电流等驱动器信号实时采集）Synqnet总线振动抑制速度回路含有陷波滤波器，低通滤波器，指令平滑滤波，编码器信号噪声滤波位置回路含有半主动抑振滤波器（输入整形滤波器）含有各种常规滤波器，速度波动较小。动态响应能力强含有各种常规滤波器含有各种常规滤波器及速度观测器其他功能位置回路的低频振动主动抑制功能可以进行简单的位置回路PLC编程，脱离控制器工作优点1 在低刚度情况下位置回路振动主动抑制效果较好2 价格成本在进口电机中最低1动态响应能力在日系产品中最强，可与欧美系产品媲美2 高端产品支持Syqnet总线接口。1动态响应能力较强，2 低速保持力矩较高3 支持

8、EtherCAT总线接口4 附属功能强大1动态响应能力强，3 支持EtherCAT总线接口，驱动器信号实时获取4 与TwinCAT系统兼容性好，开发较为灵活1 动态响应能力领先2 功能强大，可以编程，脱离控制器完成控制（适合单轴或多轴非耦合控制场合）3 支持总线接口，驱动器信号实时获取2 支持专用运动控制总线方式，驱动器信号实时获取可以进行纯力矩模式控制缺点1 驱动器动态性能较差2 缺乏总线接口，驱动器信号无法实时采集和处理3 进行动力学补偿算法和电流前馈时需要模拟量输出，信号干扰较大4 无法进行力矩控制模式5 低速保持力矩较小1 高性能产品价格较高，且不在中国大陆出售1 由于是委托Danah

9、er 代工，价格成本较高，且冗余功能较多2 进行动力学补偿算法和电流前馈时信号更新频率较低（1kHz1 相对于日系产品价格较高2 存在一定的冗余功能3 位置模式，速度模式滤波器配置方式和滤波性能有待提高4 驱动器峰值电流过载能力较低，只有两倍1 进行动力学补偿算法和电流前馈时信号更新频率较低（1kHz）2 无法进行力矩控制模式3 驱动器功能较复杂，冗余功能较多成本较高4 与现有的具有EtherCAT接口（贝福TwinCAT系统）的控制器存在一定接口和兼容性问题1 支持的总线协议不公开2 可选择的控制器单一，国内售后和服务支持较弱3 驱动器价格较高表2-1 主流高精度谐波减速机性能比较谐波减速器

10、品牌HarmonicDrive （日本）中技克美（中国）允许最高输入转速（r/min）65003000额定扭矩（Nm，输入2000r/min）2416传动效率85%80%回差扭转刚度（Nm/arc min）2.940.5872注：上表比较数据来自相近型号：HD CSF-17-100中技克美 XB1-40-100传动效率测试工况：输入转速1000r/min，温度40扭转刚度测试条件：20%额定扭矩内表2-2 主流高精度摆线针轮减速机性能比较摆线针轮减速器品牌Nabtesco RV住友 CYCLO国内额定扭矩（Nm，输出15r/min）980966尚无成熟的产品70%510294重量19.521R

11、V 100CCYCLO F2CF-C35输出转速15r/min，额定扭矩表3 主流多轴运动控制器性能比较设备项目美国Delta Tau公司Gail公司英国TRIO公司中国香港固高公司中国成都步进公司KEBA公司PMAC2DMC-21X2/3MC206GH-800MPC07KeControl CP 251/Z插补功能三次样条直线圆弧螺旋线全局坐标系和工具坐标系下的直线圆弧插补伺服控制功能PID带阻滤波速度、加速度前馈力矩前馈CPU个数单CPUIntel Celeron 700最大控制轴数86联动轴数采样周期1ms（含插补与伺服轴刷新，三轴联动）最快1ms结构PCI总线，开放式结构，允许PMAC2

12、解释语言编程PCI总线，开放式结构，ASC编程独立式结构类BASIC语言编程PCI总线，开放式结构，C语言编程独立式结构，sercos、EtherCAT总线，IEC61131-2编程安全性能越程极限速度极限加速度极限跟踪误差极限伺服输出极限计时器极限异常终止路径点监控，轴跟踪、笛卡尔跟踪，提供用户可编程接口，开发性强；工作稳定；多种通信接口；丰富的外围附件；适应多种电机及编码器稳定可靠；使用编程极其简单方便；种类齐全，支持ISA、PCI、PC/104等总线使用简单；价格较低；在点位运动时控制精度较好高性能运算能力；硬件结构可灵活扩展；支持主流现场总线；基于流行标准的用户可编程接口对流行的现场总线支持较少；上手困难；对于需要很多I/O信号的场合,性价比没有优势多轴运动规划库函数，误差补偿不如PMAC丰富；对于工业现场总线支持比较欠缺缺乏自定义伺服算法模块；对于机器人的特殊应用要求支持不足多轴运动规划库函数，误差补偿功能较弱；机器人相关的控制部分过于封闭，用户无法更改