六轴工业机器人控制系统的设计与实现.docx

六轴工业机器人控制系统的设计与实现严均周煌辉摘要：随着工业机器人在工业领域的应用不断拓展，作为工业机器人核心组成部分的控制系统成为研究的热点。该文简要阐述了工业机器人的构造以及控制系统在工业机器人整体设计中的重要性，在现有工业机器人控制系统的基础上，探讨了六轴工业机器人控制系统的设计与实现，包括六轴工业机器人控制系统的硬件架构、关节伺服电机与驱动器以及工控机软件系统的设计等。关键词：工业机器人控制系统六轴机器人控制系统设计中图分类号：TP242文献标识码：A文章编号：1672-3791（2019）11（c）-0078-03Abstract：Withthecontinuousexpansionofindustrialrobotapplicationsintheindustrialfield，thecontrolsystemasthecorecomponentofindustrialrobothasbecomeahotresearchtopic.Thispaperbrieflyexpoundstheconstructionofindustrialrobotsandtheimportanceofcontrolsystemsintheoveralldesignofindustrialrobots，anddiscussesthedesignandimplementationofsix-axisindustrialrobotcontrolsystems，includingthehardwarearchitectureofsix-axisindustrialrobotcontrolsystems.Jointservomotorsanddrives，aswellasthedesignofindustrialcontrolmachinesoftwaresystems.KeyWords：Industrialrobot;Controlsystem;Six-axisrobot;Controlsystemdesign工業机器人是一种在工业领域应用广泛的自动操作装置，由于具备一些人体的功能特点，因此被称为工业机器人。工业机器人可以代替人类在各种危险、严苛的环境下进行高效作业，在某些方面甚至比人工作业更具可靠性与高效率。比如在深海、太空、危险化学环境及真空环境中等，工业机器人可以胜任很多人类所无法完成的工作。工业机器人的出现在很大程度上改变了工业领域的作业方式，在安全性、工作效率等方面具有特别的优势，因此受到世界各国广泛的重视。控制系统是工业机器人的核心，工业机器人的性能优劣在很大程度上取决于其控制系统的设计水平。该文基于当前工业机器人控制系统的研究现状，就六轴工业机器人控制系统的设计与实现进行一些探讨。1工业机器人的构造工业机器人一般由机械本体、驱动装置及控制系统这3个部分组成，根据不同的功能需求，有些工业机器人还包括传感系统及视觉系统。机械本体是工业机器人的机械执行机构，主要由底座、臂、腕、关节以及末端执行器构成。末端执行器是工业机器人执行操作动作的装置，根据应用场合的不同及作业需要，可以在其上安装各类夹具、工具或传感器等。驱动装置用以为工业机器人的机械本体提供动力，目前常用的工业机器人驱动方式主要有3种，即电气传动、液压传动以及气压传动。相较于液压传动与气压传动，电气传动由于能源供给便利、效率更高以及更具灵活性，在当前工业机器人设计中被广泛采用。工业机器人的电气传动通常采用交流伺服驱动系统，一般由伺服电机、伺服驱动器以及减速器等部分组成[1]。控制系统是工业机器人的核心，是工业机器人的“大脑”，工业机器人所要完成的各种动作、操作均需由控制系统来设计实现。工业机器人控制系统的功能与作用主要是进行机器人动作的轨迹规划、插补运算、运动学计算以及计算机器人各轴的位置、姿态等。同时，控制系统还负责接收并处理来自工业机器人传感器系统的信号数据，依据系统设定来完成指令输出，从而使机器人能够更加可靠、精确、高效地完成工作任务。工业机器人控制系统的硬件主要包括人机接口设备及运动控制器等。人机接口设备为工业机器人与操作者建立交互通道，可提供可视化界面;运动控制器则主要负责工业机器人机械本体各关节的位置变化及加减速的控制等。2六轴工业机器人控制系统的硬件架构控制系统的硬件架构采用了两级计算机的架构形式，这种架构形式可以使工业机器人在完成复杂、精细的作业任务时，能够进行更为可靠、快速的任务规划和分解，并且可以并行完成不同的任务部分。采用工控机作为控制系统的顶层设计即上位机，其提供的成熟、可靠、丰富的接口在与下位机的连接上具有显著的优势，当需要更换下位机时只需要选择合适的接口连接即可。此外，工控机还可以提供较大的存储容量以及快速运算能力，在机器人轨迹规划处理、运动学正逆求解等