工业机器人基础知识Word文件下载.docx
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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：
①
开放性的体系结构：
最早关于开放式控制器的研究源于美国。
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，NextGenerationController）”的计划，并成立了美国国家制造科学中心（NCMS，NationalCenterofManufacturingSciences），其主要目的是拟订并推进开放式体系结构的标准规范SOSAS（SpecificationforanOpenSystemArchitectureStandard）。
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（OpenModularArchitectureController），欧洲的OSACA（OpenSystemArchitectureforControlswithinAutomationSystems），以及日本的OSEC（OpenSystemEnvironmentController）。
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。
②
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。
③
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（2~3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
0.05~7.5KW
0.05~15KW
0.08~10KW
0.08~20KW
0.25~20KW
0.25~15KW
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
3KHz
3~4KHz
速度环带宽
小惯量标称1KHz（空载）
1.6KHz（空载，∑V型驱动器）
1KHz
1.5~2KHz
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/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Danaher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（1kHz
1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
谐波减速器品牌
HarmonicDrive（日本）
中技克美（中国）
允许最高输入转速（r/min）
6500
3000
额定扭矩（Nm，输入2000r/min）
24
16
传动效率
85%
80%
回差
扭转刚度（Nm/arcmin）
2.94
0.5872
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
NabtescoRV
住友CYCLO
国内
额定扭矩（Nm，输出15r/min）
980
966
尚无成熟的产品
70%
510
294
重量
19.5
21
RV
100C
CYCLO
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
DeltaTau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
PMAC2
DMC-21X2/3
MC206
GH-800
MPC07
KeControlCP251/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CPU
IntelCeleron700
最大控制轴数
8
6
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解释语言编程
PCI总线，开放式结构，ASCⅡ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
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