PLC步进电机驱动的单轨道平面关节型机器人设计+CAD图纸(11)
δ_1=(19.41×2000)/(20.6×〖10〗^10×490.625)=3.8×〖10〗^(-10)mm
满足要求。
5 控制系统方案
现阶段机器人的控制体系结构有两种主要的形式同时存在：一是传统机器人制造商继续使用大型专有控制系统，持有他们专有的控制体系结构；二是开放式的通用运动控制体系结构（比如基于PC机的运动控制结构），具有开放性、可移植性、可扩展性等优点，而且可以方便的添加网络通信功能。许多公司都在研究和尝试基于PC的运动控制框架。
5.1 机器人控制系统的功能
机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于列操作机的控制，咀完成
特定的工作任务，其基本功能如下：
（1）记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息;
（2）示教功能：在线示教，间接示教;
（3）接口功能：输入输出接口、通信接口、网络接口、同步接口;
（4）坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系;
（5）人机接口：示教盒、操作面板、显示屏;
（6）传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等;
（7）位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等;
（8）故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自渗断。
5.2机器人控制系统的组成形式
控制系统的形式将直接决定系统最后的实现样式。对于机器人系统，可归纳为两种形式：集中式控制系统和分布式控制系统。
5.2.1集中控制系统
集中式控制系统：利用一台微型计算机实现系统的全部控制功能，在早期的机器人中常采用这种结构。基于PC 的集中控制系统里，充分利用了PC 资源开放性的特点，可以实现很好的开放性：多种控制卡，传感器设备等都可以通过标准PCI插槽或通过标准串口、并口集成到控制系统中，图5.1是多关节机器人集中式结构的示意图。
图5.1 集中控制系统结构示意图
集中式控制系统的优点是:硬件成本较低，便于信息的采集和分析，易于实现系统的最优控制，整体性与协调性较好，基于 PC 的系统硬件扩展较为方便。其缺点也显而易见:系统控制缺乏灵活性，控制危险容易集中，一旦出现故障，其影响面广，后果严重;由于工业机器人的实时性要求很高，当系统进行大量数据计算，会降低系统实时性，系统对多任务的响应能力也会与系统的实时性相冲突；此外，系统连线复杂，会降低系统的可靠性。
5.2.2分布式控制系统
分布式控制系统(Distribute Control System )：其主要思想是“分散控制，集中管理”，即系统对其总体目标和任务可以进行综合协调和分配，并通过子系统的协调工作来完成控制任务，整个系统在功能、逻辑和物理等方面都是分散的，所以 DCS 系统又称为集散控制系统或分散控制系统。这种结构中，子系统是由控制器和不同被控对象或设备构成的，各个子系统之间通过网络等相互通讯。分布式控制结构提供了一个开放、实时、精确的机器人控制系统。分布式系统中常采用两级控制方式，如图 5.2所示。
图5.2 分布式控制系统结构示意图
两级分布式控制系统，通常由上位机、下为机和网络组成。上位机可以进行不同的轨迹规划和控制算法，下位机进行插补细分、控制优化等的研究和实现。上位机和下位机通过通讯总线相互协调工作，这里的通讯总线可以是USB等形式。
现在，以太网和现场总线技术的发展为机器人提供了更快速、稳定、有效的通讯服务。尤其是现场总线，它应用于生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向多结点数字通信，从而形成了新型的网络集成式全分布控制系统 —现场总线控制系统 FCS ( Filed bus Control System )。在工厂生产网络中，将可以通过现场总线连接的设备统称为“现场设备/仪表”。从系统论的角度来说，工业机器人作为工厂的生产设备之一，也可以归纳为现场设备。在机器人系统中引入现场总线技术后，更有利于机器人在工业生产环境中的集成。