机器人控制器是工业机器人核心的零部件之一,它负责根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务。
机器人控制器的类型
1、串行处理结构:
单CPU结构、集中控制方式:用一台功能较强的计算机实现全部控制功能,在早期的机器人中,如Hero-I、Robot-I等,采用这种结构,但控制过程中需要许多计算(如坐标变换),因此这种控制结构速度较慢。
二级CPU结构、主从式控制方式:一级CPU为主机,担任系统管理、机器人语言编译和人机接口功能,同时也利用它的运算能力完成坐标变换、轨迹插补,并定时地把运算结果作为关节运动的增量送到公用内存,供二级CPU读取;二级CPU完成全部关节位置数字控制,这类系统的两个CPU总线之间基本没有联系,仅通过公用内存交换数据,是一个松耦合的关系。
多CPU结构、分布式控制方式:目前普遍采用这种上、下位机二级分布式结构,上位机负责整个系统管理以及运动学计算、轨迹规划等,下位机由多CPU组成,每个CPU控制一个关节运动,这些CPU和主控机联系是通过总线形式的紧耦合,这种结构的控制器工作速度和控制性能明显提高。
2、并行处理结构:并行处理技术是提高计算速度的一个重要而有效的手段,能满足机器人控制的实时性要求,关于机器人控制器并行处理技术,人们研究较多的是机器人运动学和动力学的并行算法及其实现。
3、专用VLSI:设计专用VLSI能充分利用机器人控制算法的并行性,依靠芯片内的并行体系结构易于解决机器人控制算法中大量出现的计算,能大大提高运动学、动力学方程的计算速度,但由于芯片是根据具体的算法来设计的,当算法改变时,芯片则不能使用,因此采用这种方式构造的控制器不通用,更不利于系统的维护与开发。
4、利用有并行处理能力的芯片式计算机构成并行处理网络:如利用Transputer或DSP等芯片构成的并行处理网络,具有极强的计算能力,易于构造不同的拓扑结构。
5、利用通用微处理器构成并行处理结构:支持计算,实现复杂控制策略在线实时计算。
如何选择机器人控制器
在选择机器人控制器时,需要考虑多个因素以确保其能够满足应用需求并提供可靠的性能,以下是一些关键选择因素:
1、性能指标:包括温度范围、相对湿度范围、IP防护等级、是否具有防爆认证、腐蚀气体环境等级等。
2、硬件层面:工业环境的多样性要求控制器必须具备强大的环境适应性,以保证基本的可靠稳定性。
3、嵌入式层面:考虑到芯片的可能缺陷、编译器的可能缺陷、操作系统的缺陷,这三点是最基本也是最容易被忽略的。
4、算法层面:未经大量实际场景验证的“AI算法”不可直接用于控制系统,可能会导致系统行为不可预测。
5、系统层面:核心的控制器必须具备冗余的技术指标能力,这一关键指标成倍地增加了控制器及移动机器人产品的可靠稳定性。
6、功能应用:需要根据自身需求考虑控制器能够适配不同的导航方式和底盘类型,同时具备一定的开放性,以支持用户根据实际应用需求进行二次开发。
机器人控制器的选择是一个复杂的过程,需要综合考虑多个因素,建议在选择前充分了解各种类型的控制器及其特点,并根据具体应用场景和需求进行评估和选择。