《工业机器人技术基础 》课件-第六章 工业机器人控制系统

工业机器人技术基础智能制造学院复习内容：工业机器人由机械系统、驱动系统、感知系统、控制系统等部分组成。感知系统感知系统是工业机器人的“感知器官”，类似人的五官，负责检测和收集机器人自身状态信息（机器人的位置、姿态、速度等信息）和周围环境信息（物体位置、运动状态、距离等），转换成可处理的数据反馈给控制系统。控制系统控制系统是工业机器人的“大脑”，负责接收感知系统的信息，根据预设的程序和算法，对信息进行处理，通过向驱动系统发出指令，对机器人的运动进行控制，如运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作时间等。机械系统机械系统是工业机器人的基础结构，决定了机器人的外形及基本运动形态。机械部分通常由传动机构、机座、腰部、臂部、腕部、末端执行器组成，有的工业机器人还具备行走系统。驱动系统驱动系统是工业机器人的动力来源，负责根据控制系统的指令驱动机械部分运动，实现指定操作。驱动系统通常由驱动装置和传动装置等组成，通常采用电气、液压、气压驱动方式或是几种方式的结合，根据实际需要选择合适的驱动方式。复习内容：第六章工业机器人控制系统目录CONTENTS

6.1工业机器人控制系统功能及组成6.2工业机器人控制系统分类和结构

6.3工业机器人控制器

6.4工业机器人控制系统控制方法

6.5工业机器人网络通信系统6.6工业机器人典型控制系统应用

6.1工业机器人控制系统功能及组成01PART

ONE

6.1工业机器人控制系统功能及组成工业机器人控制系统是工业机器人的大脑和神经中枢，负责接收外部指令、处理数据、发出控制信号，确保机器人能够按照预设的程序或实时指令进行精确、高效的操作。工业机器人控制系统如图6-1所示，结合了先进的计算机技术、传感器技术、控制理论以及网络通信技术，为工业机器人的运动、感知、决策和交互提供了强大的支撑。

6.1工业机器人控制系统功能及组成工业机器人的控制系统主要是对工业机器人工作过程中动作的顺序、应到达的位置及姿势、路径轨迹及规划、动作时间间隔及末端执行器施加在被作用物上的力和力矩等进行控制。工业机器人的控制系统是工业机器人研究领域中的核心问题之一。工业机器人的控制与其机构运动学和动力学有着密不可分的关系，因而要使工业机器人的臂、腕及末端执行器等部位在空间具有准确无误的位置和姿势，就必须要在不同的坐标系中进行准确描述。并且随着基准坐标系不同而要做适当的坐标变换，同时要经常求解运动学和动力学问题。6.1.1工业机器人控制系统特点描述工业机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着工业机器人的运动及环境而变化。又因为工业机器人往往具有多个自由度，所以会引起其运动变化的变量不止一个，而且各个变量之间一般都存在耦合问题。这就使得工业机器人的控制系统不仅是一个非线性系统，而且是一个多变量系统。对工业机器人的任一位置和姿势都可以通过不同的方式和路径到达，因而工业机器人的控制系统还需要解决控制算法优化问题。

6.1.2工业机器人控制系统的主要功能工业机器人控制系统是实现工业机器人运动和操作的关键部分，具有多种主要功能，包括示教在线、运动控制、程序控制、实时监控与故障诊断等多种控制功能。示教再现功能示教包括离线编程、在线示教和间接示教。在线示教又可以分为示教盒示教和导引示教两种。离线编程是指操作者在编程软件里构建整个机器人工作应用场景的三维虚拟环境，然后根据加工工艺等相关需求，进行一系列操作，自动生成机器人的运动轨迹，即控制指令，然后在软件中仿真与调整轨迹，最后生成机器人执行程序传输给机器人。示教编程是一项成熟的技术，它是目前大多数工业机器人的编程方式。采用这种方法，程序编制是在机器人现场进行的。间接示教编程：利用装在示教盒上的按钮驱动机器人按需要的顺序进行操作。机器人每一个关节对应着示教盒上的一对按钮，以分别控制该关节正反方向的运动。是目前广泛使用的一种示教编程方式。操作人员通过示教器或示教手柄引导末端执行器进行示教，将动作顺序、运动速度、位置等信息以某种方式预先教给工业机器人。控制系统将这些操作过程自动记录在存储器中。当需要再现这些操作时，控制系统会重放存储器中存储的内容，从而实现工业机器人的精确复现。

6.1.2工业机器人控制系统的主要功能运动控制功能该功能主要关注工业机器人的末端执行器从一点移动到另一点的过程中，各关节的位姿、速度、加速度等项目的精确控制。这包括对机器人各轴的速度、加速度、位置等参数的控制，以确保机器人按照预定的轨迹和速度进行运动。程序控制功能控制系统能够根据预先编写的程序，控制工业机器人的运动和操作。这些程序可以指定机器人的动作、路径、速度、力度等，以实现特定的任务和目标。例1：MoveJ

p10,v1000,z50,tool0;

//MoveJ工业机器人执行的关节运动，p10工业机器人末端执行器需要到达的目的地位置，v1000工业机器人运行时的线性速度，z50工业机器人运行到转弯区时规定尺寸，tool0工业机器人运行时所处的工具坐标系；例2：MoveLTarget_10,v1000,z100,tool0\WObj:=wobj0;//MoveL工业机器人执行的线性运动，Target_10工业机器人末端执行器需要到大的目的地位置，v1000工业机器人运行时的线性速度，z100工业机器人运行到转弯区时规定尺寸，tool0\WObj:=wobj0工业机器人运行时所处的工具坐标系\工件坐标系

；

6.1.2工业机器人控制系统的主要功能记忆功能：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。实时监控与故障诊断控制系统能够实时监控工业机器人的故障状态下的安全保护和故障自诊断，确保工业机器人的安全稳定运行。包括各关节的位置、速度、加速度等参数，以及机器人的运行状态和工作环境。同时，控制系统还能够进行故障诊断和处理，当机器人出现故障或异常时，能够及时发现并采取相应的措施进行处理。运行时系统状态工业机器人控制系统的功能非常全面和复杂，能够实现对工业机器人的精确控制、高效操作和稳定运行，为工业自动化生产提供重要的支持和保障。与外围设备联系功能：通过输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口等方式与外围设备建立联系。

6.1.2工业机器人控制系统的主要功能坐标设置功能：提供大地坐标系、基座标系、工具坐标系、工件坐标系，四种坐标系供选择。人机接口：通过示教盒、操作面板、显示屏等人机接口设备，方便操作人员进行机器人的控制和监控。传感器接口：提供位置检测、视觉、触觉、力觉等传感器接口，用于获取工业机器人的实时状态和外部环境的信息。位置伺服功能：实现机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等功能。工业机器人控制系统的主要功能涵盖了从基本的运动控制到高级的人机交互、故障诊断和安全保护等多个方面，以实现工业机器人的高效、稳定和安全运行。

6.1.3工业机器人控制系统的组成图6-2工业机器人控制系统组成工业机器人控制系统由硬件控制系统、软件控制系统及网络通信系统三部分组成。其中硬件系统中最重要的控制部件有控制器及运动控制器等部分组成，软件系统中最重要的部分包括行业特定软件、控制系统控制方法等部分，如图6-2所示。6.2工业机器人控制系统分类和结构02PART

TWO

6.2工业机器人控制系统的分类和结构工业机器人控制系统的结构大体可以概括为：集中控制系统、主从控制系统和分散控制系统三类。集中控制的工业机器人控制系统如图6-3所示，是一种将全部控制功能集成在一台计算机上的系统。这种控制系统结构相对简单，成本较低，因此在早期的机器人中常被采用。6.2.1集中控制系统(CentralizedControlSystem)及结构图6-3集中控制工业机器人系统结构

6.2.1集中控制系统(CentralizedControlSystem)及结构基于PC的集中控制系统充分利用了PC资源的开放性特点，可以实现良好的开放性。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，这使得系统的硬件扩展相对方便。此外，这种系统结构便于信息的采集和分析，有助于实现系统的最优控制，且整体性和协调性较好。然而，集中控制的工业机器人控制系统也存在一些显著的缺点。首先，系统的实时性较差。当系统需要进行大量数据计算时，会降低系统的实时性，影响系统对多任务的响应能力。其次，系统的控制灵活性较低，控制危险容易集中。一旦出现故障，其影响面广泛，会导致严重的后果。此外，由于系统连线复杂，会降低系统的可靠性。因此，在选择集中控制的工业机器人控制系统时，需要综合考虑其优缺点，并根据具体的应用场景和需求做出决策。在需要高精度、高速度控制的场景下，或者对系统的实时性、稳定性和扩展性有较高要求的情况下，需要考虑其他类型的控制系统，如主从控制系统或基于PLC的控制系统等。

6.2.2主从控制的控制系统及结构图6-4主从控制工业机器人系统结构主从控制工业机器人控制系统如图6-4所示，是一种采用主、从两级处理器实现全部控制功能的系统。主处理器，也被称为主CPU，主要负责管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等功能。它相当于大脑，负责整个系统的规划和决策。而从处理器，即从CPU，主要负责实现所有关节的动作控制。这相当于执行器，负责根据主CPU的指令，驱动工业机器人的各个关节进行精确的动作。

6.2.2主从控制的控制系统及结构主从控制方式的优点：主处理器可以专注于全局的、复杂的计算任务，而从处理器则可以专注于快速、精确的动作控制，从而实现功能上的分解和任务上的并行处理。这种结构使得系统实时性较好，特别适合于需要高精度、高速度控制的场景。然而，主从控制方式的缺点也是显而易见的。由于其系统扩展性较差，一旦需要增加新的控制功能或者扩大系统的规模，就可能会面临很大的困难。此外，维修和调试也相对复杂，因为两级处理器的设计和调试需要较高的技术水平。

6.2.3分散控制的控制系统(DistributeControlSystem)及结构分散控制的工业机器人控制系统结构如图6-5所示，是一种将系统的控制任务划分为多个独立但又相互协作的控制模块的系统。每一个控制模块都有各自的控制任务和控制策略，这些模块之间可以是主从关系，也可以是平等关系。图6-5分散控制工业机器人系统结构分散控制系统的主要思想是“分散控制，集中管理”。系统对其总体目标和任务进行综合协调和分配，通过各个子系统的协调工作来完成控制任务。每个子系统由控制器和不同的被控对象或设备构成，它们之间通过网络等通信方式进行信息交换和协作。

6.2.3分散控制的控制系统(DistributeControlSystem)及结构分散控制方式的优点在于：1.实时性好：由于每个控制模块独立工作，可以更快地响应各种控制需求，适合于需要高速、高精度控制的场景。2.易于扩展：系统可以根据需要增加或减少控制模块，使得系统具有较高的可扩展性。3.可实现智能控制：每个控制模块可以根据实际情况进行智能决策和调整，提高系统的灵活性和适应性。但分散控制系统下的控制方式也存在一些缺陷：1.系统设计和调试的复杂性增加：由于有多个控制模块，系统的设计和调试会变得更加复杂。2.通信和同步问题：各个控制模块之间需要进行通信和同步，以确保系统的稳定性和性能。3.成本和硬件资源的考虑：虽然分散控制方式可以提高系统的灵活性和可扩展性，但也增加了系统的成本和硬件资源需求。因此，在不考虑成本的情况下，且需要高速、高精度控制并对系统稳定性和可扩展性有较高要求的场景下，分散控制方式是一个非常合适的选择。6.3工业机器人控制器03PART

THREE6.3.1工业机器人控制器的主要功能工业机器人控制器是工业机器人的核心组成部分之一，它负责接收和处理来自各种传感器的信息，以及向机器人的执行机构发送控制指令，以实现机器人的精确运动和操作。1.控制机械臂末端执行器的运动位置、姿态、速度和加速度，以实现精确的轨迹控制和作业执行。2.控制机械臂中各动力关节的输出转矩，以确保机器人对操作对象施加适当的作用力。3.实现人机交互功能，使得机器人可以通过记忆和再现来完成规定的任务。4.感知外部环境的变化，例如通过视觉、力觉、触觉等传感器进行测量、识别和判断，以实现对作业条件的适应和调整。工业机器人控制器是机器人系统的核心组成部分之一，其性能和控制精度直接影响到机器人的作业质量和效率。因此，在选择工业机器人控制器时，需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的类型和配置。6.3.2工业机器人控制器常见类型根据实现方式的不同，工业机器人控制器可以分为基于PLC可编程控制器、基于特定功能的专用控制器和通用型运动控制器三种类型：PLC（可编程逻辑控制器）控制器如图6-6所示：PLC控制器是工业机器人控制器中常见的一种，它采用梯形图或类似于高级语言的编程方式进行控制程序的编写。PLC控制器的优点在于其结构简单、可靠性高、维护方便，且成本相对较低。图6-6工业机器人PLC控制器6.3.2工业机器人控制器常见类型根据实现方式的不同，工业机器人控制器可以分为基于PLC可编程控制器、基于特定功能的专用控制器和通用型运动控制器三种类型：专用控制器如图6-7所示：各品牌工业机器人为特定机型或应用场景设计的专用控制器，它可能采用专用的芯片、算法或软件来实现高效的控制性能。专用控制器通常具有较高的集成度和优化程度，可以实现更快速、更精确的控制。图6-7移动机器人专用控制器6.3.2工业机器人控制器常见类型根据实现方式的不同，工业机器人控制器可以分为基于PLC可编程控制器、基于特定功能的专用控制器和通用型运动控制器三种类型：基于PC的控制器：基于PC的控制器如图6-8所示，又称通用型运动控制器或运动控制卡，利用通用的计算机硬件和软件资源来实现机器人的控制功能。这种控制器具有开放性好、扩展性强、易于编程和调试等优点，因此在一些高端或复杂的机器人系统中得到应用。图6-8通用型运动控制器6.3.3工业机器人控制器存在的问题工业机器人控制器作为机器人的核心组件，虽然在过去的几十年中取得了显著的发展，但仍存在一些有待解决的问题。这些问题限制了机器人的性能、应用领域和市场份额的扩大。以下是现有工业机器人控制器面临的主要问题：精度和稳定性不足：许多工业机器人控制器在复杂作业环境中的精度和稳定性仍有所欠缺，导致机器人在执行高精度任务时表现不佳。控制器在长时间运行或连续作业中，会出现性能下降、误差累积等问题，影响机器人的稳定性和可靠性。编程和集成难度大：大多数工业机器人的编程和集成过程相对复杂，需要专业的编程和调试技能，增加了使用和维护的难度。控制器的开放性和标准化程度不够，导致与不同硬件和软件平台的集成困难。实时响应能力不足：在一些需要快速响应的应用场景中，如装配线上的高速抓取，现有工业机器人控制器的实时响应能力往往不足。控制器的处理速度和算法效率有待提高，才能满足日益增长的实时控制需求。6.3.3工业机器人控制器存在的问题缺乏灵活性和适应性：当前工业机器人控制器通常针对特定任务或场景进行设计和优化，缺乏对不同环境和任务的灵活适应能力。控制器的软件架构和算法需要更加灵活，以适应不断变化的作业需求和外部环境。安全性与可靠性问题：工业机器人在运行过程中可能会对操作人员或环境造成安全隐患，现有控制器在安全性方面仍有待加强。控制器的可靠性和稳定性也需要进一步提高，以减少故障和停机时间，确保生产线的连续稳定运行。维护和升级成本高：当前工业机器人控制器的维护和升级成本较高，增加了企业的运营成本和时间成本。控制器的设计和生产过程需要更加标准化和模块化，以降低维护和升级的难度和成本。6.3.3工业机器人控制器存在的问题缺乏智能化和自学习能力：随着人工智能技术的发展，现有工业机器人控制器在智能化和自学习能力方面仍有很大的提升空间。通过引入机器学习和深度学习等算法，控制器可以实现更高级的自适应控制和自主决策能力，提高机器人的作业效率和智能化水平。现有工业机器人控制器在精度和稳定性、编程和集成难度、实时响应能力、灵活性和适应性、安全性与可靠性、维护和升级成本以及智能化和自学习能力等方面仍存在诸多问题。为了推动工业机器人技术的进一步发展和应用领域的扩大，需要针对这些问题不断的进行深入研究和改进。6.3.4新型机器人控制器应有以下特色新型的工业机器人控制器应该具备以下特色：开放式系统结构：这种结构允许用户根据特定需求进行定制，提高系统的灵活性和可扩展性。合理的模块化设计：这种设计可以根据系统要求和电气特性进行，不仅方便安装和维护，而且可以提高系统的可靠性，使系统结构更加紧凑。有效的任务划分：机器人控制器的不同子任务应该由不同的功能模块实现，这有利于修改、添加和配置功能，提高系统的效率和灵活性。实时性、多任务要求：机器人控制器必须能在确定的时间内完成对外部中断的处理，并可以使多个任务同时进行，以满足机器人在实际应用中的实时性和多任务需求。6.3.4新型机器人控制器应有以下特色网络通信功能：网络通信功能可以帮助实现资源共享或多台机器人协同工作，提高机器人的工作效率和应用范围。形象直观的人机接口：人机接口应该设计得直观易用，方便用户进行操作和监控，同时也应该能够方便地扩充功能，使其适用于不同类型的机器人或机器人化自动生产线。运动控制板及运动控制器：新型机器人控制器还应具备高效、精准的运动控制能力和稳定的运动控制器，以实现机器人的精确运动和高性能表现。新型的机器人控制器具备开放式系统结构、合理的模块化设计、有效的任务划分、实时性多任务要求、网络通信功能、形象直观的人机接口以及运动控制板及运动控制器等特色，以满足现代机器人技术的快速发展和应用需求。6.4工业机器人控制系统控制方法04PART

FOUR

6.4工业机器人控制系统控制方法工业机器人控制系统非常复杂，是一个多变量非线性耦合系统，其控制策略并没有一个准确的控制方法，因此机器人的各控制参数相互耦合，并且机器人的动力学参数会随着机器人的运动而不断变化，将工业机器人的控制算法分为经典控制方法和现代控制算法两大类。工业机器人的经典控制方法包括有点位控制、路径控制、力/力矩和视觉导引控制四种类型。点位控制点位控制是工业机器人控制中最基本且最常用的一种方法。在这种控制模式下，机器人需要按照预定的点位序列进行精确移动，每个点位都对应着机器人末端执行器在空间中的特定位置和姿态。点位控制主要关注位置精度和重复定位精度，对于速度和加速度的控制要求相对较低。常见的点位控制算法包括插补算法和脉冲控制算法。路径控制路径控制要求机器人按照预定的路径进行连续移动，而不仅仅是到达预定的点位。在这种控制模式下，机器人需要按照预定的轨迹进行运动，轨迹可以是直线、圆弧等几何形状，也可以是复杂的空间曲线。路径控制需要同时考虑位置、速度和加速度等多个因素，以确保机器人能够按照预期的运动轨迹进行精确移动。常见的路径控制算法包括样条插值算法和B样条曲线算法。

6.4.1工业机器人经典控制方法

6.4.1工业机器人经典控制方法工业机器人的经典控制方法包括有点位控制、路径控制、力/力矩和视觉导引控制四种类型。力/力矩控制力/力矩控制是一种更加高级的控制方法，它要求机器人在运动过程中能够根据外部环境的变化实时调整自身的力或力矩输出。这种控制方法主要用于实现机器人的柔顺操作和精确装配等任务。在力/力矩控制下，机器人需要通过力传感器或力矩传感器实时监测自身与环境之间的相互作用力，并根据这些信息进行实时调整。常见的力/力矩控制算法包括阻抗控制算法和力位混合控制算法。视觉导引控制视觉导引控制是一种基于视觉感知的控制方法，它通过安装在机器人上的摄像头或视觉传感器来获取环境信息，并根据这些信息进行路径规划和运动控制。视觉导引控制主要用于实现机器人的自主导航和物体识别等任务。在这种控制模式下，机器人需要通过图像处理算法和视觉传感器数据来感知环境，并根据环境信息进行实时决策和调整。常见的视觉导引控制算法包括基于特征的视觉伺服算法和基于深度学习的视觉感知算法。以上四种控制方法是工业机器人控制中最为经典且常用的方法。在实际应用中，这些控制方法往往需要相互结合使用，以实现更加复杂和精确的任务执行。

6.4.2现代工业机器人控制系统控制方法随着技术的不断发展，现代工业机器人控制系统已经融合了多种先进的控制方法和技术。这些技术不仅提高了机器人的精度和效率，还为其在各种复杂环境中提供了更高的自主性和安全性。以下是现代工业机器人控制系统中常见的控制方法：路径规划与导航路径规划与导航是现代机器人技术的核心控制方法之一。通过先进的算法和传感器数据，机器人能够自主规划从起点到终点的最优路径，并准确地沿着这条路径移动。这涉及到空间搜索、避障、地图构建等多种技术。传感器融合技术传感器融合技术是指结合来自多个传感器的数据，以提供更准确、全面的环境感知信息。通过融合不同类型的传感器数据（如激光雷达、摄像头、IMU等），机器人可以更加准确地理解其周围环境，并做出相应的决策。动力学与控制算法动力学与控制算法是确保机器人精确、高效运动的关键。这些算法涉及到机器人的运动学建模、轨迹规划、速度控制等多个方面，确保机器人在执行各种任务时能够保持稳定和高效。实时操作系统实时操作系统是机器人控制的核心，它能够确保各种控制算法和任务在特定的时间内得到执行。这种操作系统具有高度的实时性和稳定性，能够处理来自传感器的数据流，并实时调整机器人的行为。轨迹插值与平滑轨迹插值与平滑技术用于生成机器人运动的平滑轨迹。通过对一系列关键点进行插值，可以生成连续、平滑的运动轨迹，从而提高机器人的运动性能。柔顺控制与力控制柔顺控制与力控制是机器人与环境交互时的关键技术。通过实时调整机器人的力和力矩输出，机器人可以在与环境接触时表现出柔顺性，从而避免损坏环境或自身。安全性与故障诊断安全性与故障诊断是确保机器人可靠运行的关键。通过内置的传感器和监控系统，机器人可以实时检测自身的运行状态和环境变化，并在出现故障或潜在风险时采取相应的措施。

6.4.2现代工业机器人控制系统控制方法

6.4.2现代工业机器人控制系统控制方法人工智能与机器学习人工智能与机器学习技术为机器人提供了更强的自主学习和决策能力。通过训练，机器人可以学习新的任务、识别不同的物体，并在复杂环境中做出智能决策。这些技术使得机器人更加适应多变的环境，提高了其自主性和灵活性。现代工业机器人控制系统融合了多种先进的控制方法和技术，这些技术共同提升了机器人的性能、安全性和自主性，为其在各个领域的应用提供了更加坚实的基础。6.5工业机器人网络通信系统05PART

FIVE

6.5工业机器人网络通信系统工业机器人的网络通信系统是一个关键部分，它允许机器人与其他设备、系统或操作员进行交互和数据交换。在工业机器人控制系统中，网络通信系统相当于人类的遍布全身的网络神经。以下是关于工业机器人网络通信系统的一些关键要素和特点：6.5.1网络架构工业机器人的网络通信系统通常采用集中式的网络架构及分布式网络构架。分布式架构中，机器人和其他设备通过网络相互连接，每个设备都有自己的处理器和存储器，能够独立地执行任务。集中式网络构架硬件由一个中央控制器负责协调和管理所有设备的通信和任务分配主控制器。

6.5.1工业机器人网络架构工业机器人的集中式网络构架硬件主要包括以下几个部分：工业机器人的集中式网络构架右图所示，硬件由一个中央控制器、伺服驱动器、传感器、输入/输出设备，此外，在集中式网络构架中，各个硬件组件之间通过高速通信总线进行连接，实现数据共享和控制协同。这种总线控制方式可以减小传输误差，提高测量和控制精度，同时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。

6.5.1工业机器人网络架构工业机器人的分布式网络通信系统架构主要包括以下几个关键组件：工业机器人的分布式网络通信系统架构如右图所示，由任务管理层、数据通信控制层、设备层构建而成，各个组件和机器人节点通过网络进行连接和通信，这种架构可以提高系统的可扩展性和灵活性。此外，分布式架构还可以实现任务的并行处理和负载均衡，从而提高整体性能和效率。工业机器人的分布式网络通信系统架构是一个复杂且高效的系统，它能够支持多个机器人和组件之间的协同工作，实现复杂任务的完成和系统的高可靠性运行。

6.5.2网络通信协议及特点工业机器人的网络通信系统使用特定的通信协议来确保数据的有效传输和同步。这些协议可以是标准的（如Ethernet/IP、Profinet等）或专有的，取决于具体的机器人制造商和应用需求。工业机器人网络通信系统连接着工业机器人的机械系统、驱动系统、感知系统及控制系统，相当于人类身体中的神经系统，它需要具有大数据传输和实时控制能力、高效的安全可靠性、灵活的扩展能力和易于维护的性能：实时传输及控制性能对于工业机器人来说，实时性能至关重要。网络通信系统必须能够确保数据在需要时能够及时、准确地传输，以便机器人能够做出快速的响应和决策。为了满足工业机器人的大数据传输和实时控制需求，网络通信系统支持千兆、万兆级别的高速传输。这确保了数据的及时性和准确性，使得机器人能够快速响应并完成任务。

6.5.2网络通信协议及特点安全可靠性随着工业互联网的发展，网络安全问题变得越来越重要。工业机器人的网络通信系统必须具备强大的安全功能，包括数据加密、访问控制和防火墙等，以保护数据和系统免受恶意攻击和未经授权的访问。网络通信系统设计时需要考虑到工作环境的恶劣条件，如高温、高湿度、电磁干扰等。因此，工业机器人通常具有防尘、防水、抗干扰等特性，确保在恶劣环境下通信的稳定性和可靠性。可扩展性和灵活性工业机器人网络通信系统需要具备一定的可扩展性和灵活性，以适应不断变化的应用需求和设备配置。这意味着系统应该能够轻松地添加新设备、扩展网络规模或更改通信协议等。为了适应不同厂家和不同类型的工业机器人，网络通信系统支持各种工业通信协议，如Profinet、ModbusTCP、EtherNet/IP等。这使得不同品牌和型号的机器人能够无缝对接，实现数据的顺畅传输和共享。

6.5.2网络通信协议及特点诊断和维护网络通信系统应该提供易于使用和理解的诊断工具，以帮助操作员和维护人员快速识别和解决潜在的问题。此外，系统还应该支持远程监控和维护，以便在出现问题时能够迅速地进行故障排除和修复。总之，工业机器人的网络通信系统是一个复杂而关键的部分，它对于确保机器人的高效、安全和可靠运行至关重要。随着技术的不断进步和应用需求的不断变化，网络通信系统也在不断地发展和优化。6.6工业机器人典型控制系统06PART

SIX6.6工业机器人典型控制系统应用ABB工业机器人控制系统是ABB公司为其工业机器人产品设计和开发的核心控制系统。ABB作为全球领先的工业机器人制造商之一，其控制系统具有高度的集成性、灵活性和可扩展性，能够满足不同工业领域和应用场景的需求。6.6.1ABB工业机器人控制系统主要功能和特点ABB公司设计和开发的工业机器人控制系统主要功能和特点包括以下几点：高精度运动控制：ABB的控制系统使用先进的运动控制算法，确保机器人以高精度执行复杂的运动轨迹和作业任务。通过精确的路径规划和插补技术，控制系统能够实现机器人各关节之间的协同运动，保证作业的准确性和稳定性。灵活的任务编程与示教：ABB控制系统支持多种编程方式，包括离线编程和在线示教。操作人员可以通过ABB提供的编程软件，为机器人编写作业程序，并通过示教盒或教学挂图进行示教操作。控制系统能够存储和管理多个作业程序，并支持程序之间的切换和调用。6.6.1ABB工业机器人控制系统主要功能和特点ABB公司设计和开发的工业机器人控制系统主要功能和特点包括以下几点：实时传感器数据处理：ABB工业机器人配备了多种传感器，如位置传感器、力觉传感器、视觉系统等。控制系统能够实时接收和处理这些传感器的数据，为机器人的运动和作业提供准确的感知信息。通过对传感器数据的分析，控制系统能够实现闭环控制、自适应调整等功能，提高机器人的作业精度和稳定性。高级集成与通信功能：ABB控制系统具备强大的集成和通信能力，能够与各种工业自动化系统无缝对接。控制系统支持多种通信协议和接口，如EtherNet/IP、PROFINET、Modbus等，方便与PLC、HMI、传感器等其他工业设备进行数据交换和协同工作。安全监控与故障诊断：ABB控制系统内置了安全监控和故障诊断功能。控制系统能够实时监测机器人的运行状态和安全性能，当发生异常情况或故障时，会及时发出报警并采取相应的保护措施。同时，控制系统还提供故障诊断和故障记录功能，帮助维修人员快速定位和解决故障。6.6.1ABB工业机器人控制系统主要功能和特点ABB公司设计和开发的工业机器人控制系统主要功能和特点包括以下几点：智能学习与优化：随着工业4.0和智能制造的发展，ABB控制系统也在不断引入人工智能和机器学习技术。通过智能学习功能，机器人能够自主优化作业策略和参数调整，提高作业效率和适应性。此外，ABB还提供了一系列智能化工具和服务，如远程监控、数据分析等，帮助用户实现智能管理和决策。综上所述，ABB工业机器人控制系统凭借其高精度运动控制、灵活的任务编程与示教、实时传感器数据处理、高级集成与通信功能、安全监控与故障诊断以及智能学习与优化等特点，为工业自动化和智能制造提供了强大的支持和保障。6.6.2ABB工业机器人控制系统模块化ABB工业机器人的控制系统体现了模块化设计的特点如下图所示，由硬件模块、软件模块、网络通信模块和示教模块等多个模块组成。这些模块共同实现对工业机器人的高精度控制、作业规划、传感器数据处理以及与外部设备的通信等功能。这些模块的协同工作使ABB工业机器人能够高效、准确地完成各种复杂的作业任务。示教器驱动模块驱动模块驱动模块控制模块以太网PLC链路安全网络6.6.2ABB工业机器人控制系统模块化硬件模块化设计：ABB的工业机器人控制系统采用硬件模块化设计，将控制功能划分为多个独立的硬件模块，例如控制器模块、驱动器模块、传感器模块、输入输出模块等。每个模块都具有特定的功能，可以单独进行替换或升级，使得系统更加易于扩展和维护。控制器模块：通常是控制系统的核心部件，负责处理控制算法、任务调度以及与外部设备的通信。驱动器模块：用于驱动机器人的电机，根据控制器的指令使机器人执行相应的动作。传感器接口模块：用于接收来自各种传感器的信号，如位置传感器、力觉传感器等。输入/输出接口模块：用于与外部设备、人机界面等进行连接和通信。6.6.2ABB工业机器人控制系统模块化软件模块化设计ABB的工业机器人控制系统同样采用软件模块化设计，将操作系统、控制算法、编程环境、安全监控等功能划分为不同的软件模块。可以根据用户实际需求选择使用哪些模块，大大提高了系统的灵活性和可定制性。操作系统：为控制系统提供基本的运行环境和任务调度功能。控制算法：包括运动控制算法、路径规划算法、传感器数据处理算法等，用于实现机器人的高精度运动和作业规划。编程环境：提供用户编程接口和编程软件，允许操作人员对机器人进行编程和示教。安全监控与故障诊断软件：用于实时监测机器人的运行状态和安全性能，并在发生异常情况时提供故障诊断和记录功能。6.6.2ABB工业机器人控制系统模块化网络通信模块：ABB的工业机器人控制系统支持多种通信协议和接口，例如EtherNet/IP、PROFINET等，使得机器人可以与其他设备、系统进行无缝集成和通信。这种通信模块化的设计，使得系统更加开放和易于扩展。通信协议：控制系统支持多种通信协议，如EtherNet/IP、PROFINET等，以实现与其他设备的通信和数据共享。网络接口：用于建立与其他设备、工厂自动化系统等之间的通信连接。6.6.2ABB工业机器人控制系统模块化图6-8ABB工业机器人示教器控制界面ABB机器人示教模块ABB机器人的示教模块如图6-8所示，是机器人系统中的重要组成部分之一，它是人机交互的主要界面，用于编程、操作、监控和维护ABB工业机器人。6.6.2ABB工业机器人控制系统模块化ABB机器人示教模块编程功能：示教器提供了直观易用的编程环境，用户可以通过图形化界面或者示教编程方式来生成机器人的作业程序。操作功能：通过示教器，用户可以手动控制机器人的运动，进行作业演示、轨迹示教等操作。示教器上的操纵杆或者触摸屏可以用来控制机器人的姿态和速度。监控功能：示教器可以实时显示机器人的工作状态、作业进度、故障信息等，帮助用户了解机器人的运行状况，及时发现并解决问题。6.6.3ABB虚拟仿真软件技术ABB虚拟仿真软件技术是一种基于计算机模拟的机器人编程和测试工具，它允许工程师在虚拟环境中模拟机器人的运动和作业过程，而无需实际使用机器人硬件。这种技术可以大大提高机器人编程的效率和准确性，减少调试和测试的时间，降低生产成本和风险。ABB的虚拟仿真软件主要包括RobotStudio和ABBVirtualController两部分。图6-9RobotStudio操作界面RobotStudio是ABB的虚拟仿真环境如图6-9所示，建立在ABBVirtualController之上。提供了三维视觉化的编程环境，允许工程师在计算机上模拟机器人的运动和作业。6.6.3ABB虚拟仿真软件技术RobotStudio仿真环境提供了ABB公司在售的工业机器人模型如图6-10所示，并且支持自动路径生成，能显著提高编程效率。内含程序编辑器，能在Windows环境下进行离线开发或维护机器人程序。并且可以通过路径优化工具，工程师可以优化机器人的运动轨迹，使其按照最有效的方式运行。6.6.3ABB虚拟仿真软件技术ABBVirtualController：是ABB虚拟仿真技术的核心部分如图6-11所示，模拟了真实的机器人控制器。允许工程师在虚拟环境中测试机器人的控制逻辑