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专业探讨:如何做好一个机器人控制系统

2019-06-11 09:59栏目:电商
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  随着人力成本的急剧上涨,以机器人为主的自动化设备也逐渐受到工商的青睐,虽然部份企业把工厂搬到东南亚等地区去获得更便宜的劳动力,但最近越南发生反华事件把中国人的工厂砸成了灰烬,让这些企业蒙受巨大损失,其实东南亚国家政治不稳定,基础设施落后并非制造业投资良地,进行自动化转型升级才是最佳的途径。

  据不完全统计,目前中国已有机器人生产企业100多家。不仅国外工业机器人生产巨头抢滩中国机器人市场,国内包括天津、重庆、上海、江苏以及广州等地,都在发展自动装备、工业机器人。机器人行业的发展将会形成中巨大上下游产业链,而作为机器人的大脑-控制系统侧是整个机器人产业的核心部份,如何设计好一个控制系统是机器人产品成功的关键。

机器人控制系统

  为此,作为自动化行业最专业的媒体OFweek工控网和OFweek机器人网专程邀请来自北京航空航天大学机器人研究所的贠超教授为大家推出《新型机器人控制器:通用工控机+软件运动控制》在线研讨会(6月18号),欢迎大家踊跃登记报名!...点击此处进入登记。

  目前,机器人控制系统将向着基于PC机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化,伺服驱动技术的数字化和分散化。本次研讨会着重讨论基于工业PC+软件运动控制的发展、构成以及其网络化的发展概况。

  演讲人贠超简介:

  贠超教授先后在天津大学机械工程系分别获得硕士和博士学位。现任职北京航空航天大学机器人研究所。主要研究方向为机器人技术和机器人控制、机械系统动力学。在国内外核心刊物和国际会议上共发表科研论文70余篇。贠超曾参与多项国家863计划中的机器人项目研发,目前是全国工业自动化系统与集成标准化技术委员会委员(CSBTS/TC159)和机器人标准化分技术委员会(CSBTS/TC159/SC2)委员。

  机器人控制系统的主要组成

  工业机器人的控制系统组成形式主要决定了系统中各部件的逻辑关系和数据的传输、处理。控制系统组成形式是机器人体系结构的具体化、实例化。目前,市场上的机器人控制系统基本是计算机和运动控制单元组成,计算机部份通常是工控主板或者是嵌入式主板和PLC控制器,而运动控制部份多数是直接用运动控制卡或者直接运动控制器来实现,基于PC的控制系统是工业机器人开放式控制系统开发的主要方向。

  机器人系统大致可以分为三种类习惯,其中集中控制方式是一种用一台计算机实现全部的控制功能的方法,其结构简单且成本低,但是实施性能较差,比较难以扩展。另外一种类型从用主从控制方式,主要是用主、从两级处理器来实现系统的全部控制功能。其中主CPU用来实现管理、左边变换以及轨迹的生成工作和系统的自我诊断功能等。而处于从属地位的CPU用于实现所有关节的动作控制。这种控制方法的优点在于,系统的实时性较好,比较适用于高精度、高速度控制,但是也有其身的缺陷系统的扩展性较差而且维修比较困难。各机器人研究生产企业也是非常注重这方面的研究,比如OTC焊机、林肯焊机等公司对于控制系统的研究投入大量的人力物力财力。最后一种,分散控制方法,是一种按照系统的性质和方法将系统控制分为几个模块,每一个模块各有不同的控制任务和控制策略。并且各个模块之间既处于主从关系又处于同等地位。这种方法综合了以上的两种方式,实时性能好而且易于实现高速、高精度孔子并且易于扩展可以实现智能化控制。像一些国际品牌OTC焊机、林肯焊机、松下焊机品牌等公司所生产的机器人大多采用这种控制方式。

  目前,工业机器人多采用计算机控制。按控制方式分为点位控制和连续轨迹控制。点位控制方式简单,适用于上下料、点焊、卸运等作业。连续轨迹控制比较复杂,常用于焊接、喷漆和检测的机器人中。

  随着信息技术和控制技术的发展,以及机器人应用范围的扩大,机器人控制技术正朝着智能化的方向发展,出现了离线编程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。多种技术的发展将促进智能机器人的实现。使用的编程语言有很多C语言,汇编,C++等,VB,Java,目前,机器人技术领先国家有日本,美国,欧洲。

  全球最有市场影响的运动控制品牌

  目前在工业主板中比较出名的品牌国外的有西门子,控创和倍福,国内的有研华、华北工控和研详、凌华等。而运动控制是工业机器人的控制器的重要组成部份,目前比较有影响的大都是国外品牌,以下盘点全球市场最受欢迎的十家运动控制卡品牌。

  美国泰道Delta Tau公司

  泰道Delta Tau是创新的高性能机器控制解决方案的领导者,有着三十多年丰富的运动控制经验,是机器控制的专家,拥有全球逾百万轴的惊人控制能力。

  Delta Tau以使用最先进的SMT制造工艺、自动检测和自动测试设备制造和测试他们全部的机器控制产品为傲,PMAC运动控制器是当今世界上功能最强,灵活性最大的运动控制器。

美国泰道DeltaTau运动控制

  另外Delta Tau还推出了UMAC和IMAC两个系统的运动控制产品,UMAC是DeltaTau的系统级控制器,不但可以根据您的应用配置成定制化的UMAC系统,而且可以是一款拥有内置I/O和电源模块以及完整箱体的专业控制器。同时这款控制器拥有高速USB、Ethernet或MACRO等完备的通讯方式与主计算机进行通讯。而IMAC400C是泰道中国公司基于Clipper设计的,它是一款功能强大,经济实用的四轴功能控制系统。对对外输入输出信号经过隔离处理,且采用DB端子与用户端连接,防止烧坏控制主板及I/O口,起到保护主板的作用。

  以色列ACS公司

  ACS成立于1985年,总部设在以色列。在美国、中国、德国和韩国设有技术支持中心。ACS运动控制公司是为以运动控制为核心的应用提供高性能机械自动控制系统的全球领导厂商,通过集成多轴控制、电源和精确性实现最高性能、灵活、节省成本和友好的全套解决方案。

  ACS公司与有丰富经验的解决方案供应商网络一起为全球客户提供销售和服务支持。通过更优的机器和运动控制实现竞争优势ACS持续投入对新技术和新产品的开发,从而保证为客户提供满足需求的最为先进的机器和运动控制解决方案。

  只有ACS可以为客户提供独特的包含先进的硬件组件、灵活的控制软件和应用工程支持组合,从而可以一站式地得到精确满足需求并达到最佳性价比的机器运动控制解决方案。

以色列ACS运动控制

  ACS只需一家就可以提供一个完整且可靠的系统,从而加快开发周期并降低价格。拥有被证明的技术经验和应用经验,ACS通过更优的运动控制和IO控制解决方案、稳定友好的软件和应用开发支持增强机器精确性和效率,从而保证客户实现真正的竞争力优势。

  ACS的产品应用于包装,印刷,机器人,直线平台控制,半导体制造和测试,电子装配与测试,医学影像和高级数字印刷等行业。ACS运动控制已经成为世界领先先进控制解决方案的制造商,目前客户有通用电气、飞利浦、应用材料、三星和LG。

  美国ParkerHannifin公司

  Parker中文名称派克(派克汉尼汾的简称)ParkerHannifin,是一家总部位于美国的世界一流的工业企业。自1918年ArthurL.Parker先生创立公司至今,派克汉尼汾公司已发展为全球运动和控制领域最大、产品种类最完备的公司。为广泛的传动控制、工业和航空市场提供精准解决方案,现已成为世界上最大的专业生产和销售各种制冷空调件、液压、气动和流体控制产品及元器件的全球性的公司。

Parker运动控制

  派克全球拥有八大全球性集团组成:公司在其领域内用于分别是运动与控制集团、过滤集团、环境与工业控制、航天集团、液压产品、仪表管阀集团、流体连接件集团与密封集团。

  Parker机电及自动化产品覆盖从人机界面到到控制器、驱动器、伺服器、电机、减速齿轮及种类繁多的机械驱动器、交流和直流变频器。并且配合不同层次客户的需求,提供整体解决方案。

  英国翠欧Trio公司

  英国翠欧运动技术公司TrioMotionTechnologyLtd成立于1987年,是世界运动控制领域的顶尖公司,公司从创建到发展一贯致力于运动控制领域内的技术的研发及产品生产,在该领域内拥有世界领先的各项技术及产品,引领着运动控制技术的发展。到目前为止,由Trio公司的各种控制产品所控制的执行机构涉及医疗、半导体、纺织、物料搬运,食品加工、包装、印刷、机床、产业机械、木工机械、航天、测试、测量、国防科技等方面。

  TRIO公司的生产的多轴数字运动控制器采用32-bit浮点运算的专用的微处理技术的DSP芯片TMS320XX系列,溶合了最新的控制理论及其网络控制技术。其产品有基于PC机的PCI总线的PCI208控制卡和具有RS232、RS485、USB、Ethernet、CANBus、SERCOS的通讯功能和具有HostLink、DeviceNet、ModBus通讯协议的独立型多轴数字运动控制器。

英国翠欧Trio运动控制卡

  TRIO运动控制器最多可以控制24个轴,全部的产品既可以脉冲输出也可以模拟输出(在订货时需要说明),可以控制交/直流伺服电机,也可以控制步进电机,还可以控制变频器,气动/液压伺服缸或者是这几种的任意结合;而且还带有可编程控制的输入/输出和模拟输入口,可以根据设备的需要进行选配。采用专用的TrioBASICProgramming(类似于BASIC语言)运动控制编程,提供ActiveX软件可支持用户采用VB、VC、C/C++等高级语言针对设备的需要进行二次开发;另外,还提供CAD转化运动程序文件,可以根据用户所要加工的工件的图纸(二维)*.dxf转化成Trio控制器的运动控制程序。

  美国GALIL公司

  公司简介美国GALIL运动控制公司位于著名的加州硅谷中心,该公司成立于1983年,专业提供基于微处理器精密运动控制器。目前有250,000台以上的运动控制器在全世界稳定运行,应用领域十分广泛,包括医疗、半导体、纺织、物料搬运、食品加工、机床、产业机械、航天、测试测量等等。

  GALIL公司在世界上被公认为运动控制领域的先驱及领导者。精密、使用方便、价格低廉及技术支持有力是GALIL产品区别于业内同行的特点所在。GALIL运动控制产品迄今已发展到第4代,采用32bit最新微处理器技术,溶合最新控制理论及网络技术,产品涵盖PC/104、ISA、PCI、VME总线板级产品及具有RS232C、USB及Ethernet通信功能的独立型控制器,1~8轴任意选用,全部产品均可控制伺服电机或步进电机,独特的2字符命令及WSDK开发调试、ActiveX等软件工具使得系统设置、调试、应用开发简单而快捷。

GALIL 运动控制

  美国科尔摩根(Kollmorgen)公司

  科尔摩根公司结合了超过30个行业领先的品牌(例如,Kollmorgen、Thomson、Dover、PacificScientific、Portescap、Neff、Seidel和Bautz),建立了专注于客户的运动控制制造与服务公司,称为DanaherMotion。在DanaherMotion品牌下我们可提供功能强大的集成运动控制技术。我们是年销售超过10亿美元的全球运动控制领先者,汇集几十年应用经验和技术创新,致力于帮助客户更好、更快的制造机器。

  DanaherMotion定义了高标准的质量、创新和技术。我们能够在控制成本的同时提高机器性能和可靠性。我们的全球制造足迹、快速定制以及原型制作能力,驱动着快速订货至交货时间。无与伦比的应用经验和设计专家经验使用户能够更快速地调试机器。

Danaher 运动控制

  在当今竞争激烈的运动控制市场上,作为一个值得客户信赖的合作伙伴,DanaherMotion全球的6,100名员工凭借超过60年应用经验,加上2000多家经销商,将竭尽全力助您事业成功。DanaherMotion可服务于半导线、航天和国防、电力车辆系统、包装、印刷、医疗以及机器人等各种行业。用户需要时,通过遍布全球的服务和技术支持基础设施、现场服务工程师和技术支持团队,我们可提供一种无比深度和广度的运动控制产品解决方案。

  瑞士瑞诺集团

  瑞士瑞诺集团(Infranor)于1941年由PerrotDuval先生在日内瓦创建,是欧洲著名的高品质工业自动化驱动及控制类产品制造商。

  ELITE系列产品是集成强大的PLC功能和丰富显示功能为一体的控制显示系统。提供主频从400MHz到1.1GHz的多种CPU选择,可满足各种设备的不同需求。内置CAN总线接口,同时提供PCI接口可扩展各种其它总线接口,通过总线系统可方便连接各种I/O模块及变频、伺服等驱动系统,实现各种PLC功能及单轴、多轴运动控制功能;内置Ethernet接口,可方便进行组网;内置2个USB接口,可实现USB存储、USB打印及连接USB鼠标键盘。

Infranor 运动控制

  作为享誉欧洲的工业自动化驱动及控制系统设备供应商,瑞士瑞诺集团向包括西门子,博士,ABB,可口可乐,劳力士,库卡,雪铁龙等客户在内的众多工业企业用户提供了高效精确的驱动类产品及自动化系统解决方案。瑞诺产品在印刷、包装、食品、化学、制药、纺织、塑料、造纸、医药、核技术以及军事工业等多种行业中广泛应用,并根据在各行业应用中所积累的经验及时对技术进行更新及调整以满足不同市场的需求。

  美国Baldor公司

  美国保德公司成立于1920年,总部位于美国阿肯色州史密斯堡,旗下拥有葆德(Baldor)、瑞恩电气(RelianceElectric)和道奇(Dodge)三大品牌,是北美第一、全球第二大的工业电机供应商。美国保德电机公司同时也提供完整系列的伺服产品和运动控制产品,直线电机及其控制、驱动产品等。保德电机公司的产品还包括移动电站、小型柴油发电机组等。

  目前,保德公司的业务已与ABB集团现有业务实现整合,并入ABB离散自动化与运动控制业务部。BALDOR运动控制卡既可以独立运行,也可以通过串行口或USB口与上位机交换信息。类似Basic的结构语言Mint,通俗易懂,功能强大,你只需花几分钟,就可以完成一组很复杂的运动。BALDOR运动控制卡以其简单易用、功能强大深受用户好评,目前已广泛应用于激光雕刻、数控机床、包装机械、半导体制造等相关领域。

NextMoveES六轴独立式运动控制卡

  NextMoveES六轴独立式运动控制卡,BaldorES是一款性价比很高的6轴(2轴伺服和4轴步进、数字伺服或6轴步进、数字伺服)独立式运动控制卡,既可以独立运行,也可以通过USB口或串行口与上位机交换信息。类似Basic的结构语言Mint,通俗易懂,而且功能强大,使你只需花几分钟,就可以完成一组很复杂的运动。

  美国AEROTECH公司

  AEROTECH是一家来自美国的运动控制器供应商,总部在宾夕法尼亚州匹兹堡。从1970年起,AEROTECH就为用户设计和制造最高性能的运动控制(motioncontrol)和定位系统(positioningsystems)。用户覆盖世界各地的工业,政府,科学和研究机构

  从获奖的Automation320032轴运动,视觉,PLC,机器人和I/O网络到系列单轴和多轴基于PC的和独立运动控制器,AEROTECH提供一整套适合应用要求的控制方案。AEROTECH制造大选择范围的高性能的无刷直线和旋转电机及线性驱动器。

AEROTECH 运动控制

  AEROTECH的定位平台范围从经济的滚珠丝杠和齿轮传动的直线和旋转平台到很高性能的直接驱动直线和旋转平台,直线电机为基础的笛卡儿坐标龙门系统,单轴和多轴气浮系统,FiberMax,FiberAlign和全范围的纳米定位平台。

  如果您找不到适合的标准产品,AEROTECH可以为您定制运动零件和系统,其专业技术和能力在业界是独一无二的。提供真空和无尘环境下的产品有悠久的历史,这使定制能力更进一步。

  美国国家仪器公司

  美国国家仪器公司(英语:NationalInstruments,缩写NI,NASDAQ:NATI)是一家美国公司,从事与测试、控制、设计领域相关的,包括虚拟仪器和电子测试设备等工程软件的开发。

  NI运动控制用于测试、测量和控制等平台。NI提供PCI和PXI插入式运动控制器,以及NIC系列驱动和用于NICompactRIO的驱动接口模块。工程师使用NILabVIEW、功能齐全的控制器、完整的仪器驱动和电机创建高级运动控制程序,开发速度更快,成本更低。

  NI提供两种截然不同的运动控制架构(见架构部分),两种架构使用的控制器和软件都不尽相同。使用NI插入式运动控制器的应用程序通过NI-Motion驱动和NIMotion助手编程;使用NI实时控制器和NIFPGA终端的应用程序通过LabVIEWNISoftMotion模块编程。

NI运动控制

  NI7330、7340、7350、7390系列PCI和PXI板卡是基于数字信号处理的运动控制器,通过NI-Motion驱动程序使用LabVIEW编程。NI插入式运动控制器可用于2-8轴的步进和伺服电机控制。可在Windows或LabVIEWReal-Time系统上使用这些控制器,将控制器集成至NIDAQ设备实现高速自动测试系统。这些板卡也与可重配置交互式运动原型工具MotionAssistant兼容。