基于现场总线的工业机器人智能控制研究

基于现场总线的工业机器人智能控制研究

0引言

机器人是现代制造业中典型的机电一体化装备，不仅广泛应用于工业生产的各个领域，而且已经渗透到人类生产生活的各个方面。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等技术于一体的重要自动化设备，采用工业机器人能够实现在恶劣的环境下施工，并且能够降低成本提高效率。自从第一台机器人在美国诞生以来，工业机器人已经向着智能机器人的方向发展，并且与计算机辅助技术和现场总线技术相结合，实现了工程作业的自动化。

1现场总线技术

1.1现场总线概述

现场总线技术开创了工业控制技术领域的一个新的时代，但是目前还没有一个统一的标准，工业机器人维修，现场总线构成了一个新的开放式网络控制系统，把挂接在总线上作为网络节点的智能设备连接在一起成为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、显示、监控、优化及控管一体化的综合自动化功能。现场总线技术是一项集各种技术于一身的综合技术。现场总线系统的结构如1所示。

现场总线具有开放性，强调对于标准的遵从，使不同厂家的设备可以实现互相交换。其具有可互操作性的特点，可以实现点对点和一点对多点的通信。其智能系统可以实现自动化控制，并且随时检测设备的运行状态。以上这些大大地简化了系统结构，提高了设备的可靠性。其一对N结构使系统接线简单，操作方便，维护费用低廉。计算机控制系统使整个系统处于动态可控状态，可以随时监控调整，同时还可以实现即接即用，简化了工作程序。

1.2现场总线控制系统的优势

(1)全数字化。现场总线控制系统的出现实现了将企业管理与生产自动化有机结合在一起的梦想，分布在FCS中各现场设备有足够的自主性，不需要中央控制器，实现了彼此通信，完成了分布式控制。

(2)双向传输。现场总线设备突破了传统设备一条线只能传递一路信号的困境，可以实现双向传输，便于维护。

(3)节省布线。由于突破了传统布线需要中央控制室的情况，只需要少数布线连接到中央控制室，节省空间和布线。

(4)开放性。现场总线技术是一种开放性的技术，避免了垄断，促进了竞争，降低了成本。

(5)智能化。智能化是现场总线控制系统的一个重要特点，由于采用了智能控制系统，因此实现了整个系统的智能化运作和自治性。

(6)设计简单，易于重构。由于标准统一，功能模块化，使现场总线控制系统具有简单易于重构的特点。

1.3现场总线技术的发展方向

首先是制定统一的国际标准，采用复杂、先进的控制算法，对回路内有多输入、多输出的情况要尽量采用先进的解决方案。

其次要全方位实现智能控制，采用高级控制理论，逐步实现高级控制理论在系统中的应用。

最后是必须开发出具有现场总线结构的一次仪表和二次仪表，简化上层系统，彻底实现分散控制、集中管理，提高系统的可靠性。

2工业机器人

2.1工业机器人的现状及发展趋势

世界上第1台工业机器人生产于1962年的美国。日本引进了该技术之后，迅速进行改进，迅速成为工业机器人制造大国。目前，德、日、美三国在工业机器人的研究和应用方面处于世界领先地位。目前的第三代工业机器人智能机器人已经成为主流研究的机器人。我国于1972年开始研制工业机器人，我国目前已经掌握了工业机器人制造的主要相关技术，对于一些关键技术也有了一定的突破。工业机器人集合当前的各项高新技术的综合技术，不但应用越来越广泛，而且标准化、模块化、网络化和智能化的程度也越来越高，目前工业机器人已经向着以下的方向发展。

首先是模块化的设计，机器人的设计已经越来越简单，高性能部件都向着模块化的方向发展，控制装置向着智能化的方向发展。

其次是多传感器融合技术的使用，多传感器集合与融合技术使机器人进一步智能化，人工神经网络是当前研究的特点。

第三是新型智能技术的使用，为了提高机器人的智能性，大量的新型智能技术被研发和使用，包括监场感技术等等。

最后是机器人向着非制造业领域发展，不断开拓新的市场。

2.2工业机器人的广泛应用

工业机器人目前已经广泛应用于制造业系统，工业机器人的发展引导了制造业自动化的潮流，弧焊机器人、点焊机器人、装配机器人、喷涂机器人及搬运机器人等都己被大量采用，机器人产品系列化、通用化和模块化的进程也在不断被推进，已经广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、电子信息、家电及化工等行业，主要用于完成焊接、搬运、装配、加工、喷漆及码垛等作业。在未来，由于现场总线技术的应用，对于一些更加恶劣的工作环境，工业机器人都可以胜任，并目将会逐渐取代人力，成为主要的工作力量。在未来，现场总线技术将会与工业机器人技术有机地结合，使工业机器人成为现场总线控制系统上的节点，通过智能控制系统来控制工业机器人的作业。

3基于现场总线的工业机器人智能控制

3.1基于现场总线的工业机器人运动控制系统

可编程计算机控制器，也就是PCC，是基于现场总线的工业机器人的运动控制系统。其以微处理器为基础，是最典型的计算机与工业控制技术相结合的控制设备，是目前现场总线和工业自动化领域最为先进的控制技术，有着很高的可靠性、运算能力、微处理能力、通信能力和开放性，是工业控制自动化领域最为热门的技术。通过与现场总线技术相结合，PCC已经实现了全面过程控制，完善了工程作业自动化综合控制系统，也是控制工业机器人的最佳系统。工业机器人的运动控制系统以PCC控制器为核心，以电动机为控制对象，以各种执行元件为执行机构，以经典控制理论为指导，组成了典型的电气传动控制系统。虽然目前控制系统种类繁多，样式各异，但是基本系统组成还是有着一定的通用性，其控制系统的组成如2所示。

基于现场总线的工业机器人运动系统主要依靠PC加运动控制器进行控制，该系统是信息能力处理强、精确控制运动轨迹和良好通用性的开放性运动系统，不但满足了现在市场竞争的需要，子锐机器人，而且还大大地提高了工业制造的精度和柔度。随着电子计算机通信技术和传感器技术的飞速发展，现代机电一体化技术取得了突飞猛进的发展，结合智能控制的应用，成为工业机器人的关键技术。

工业机器人不但要有强大的运动控制功能，还要有良好的工业现场操作界面，www.zr-robot.com，目前比较有代表陛的是贝加莱生产的POWERPANEL面板，在特殊工作模式下可以实现工业机器人的自动控制，同时还为现场工作人员提供了可以使用Windows操作界面的专用操作系统，通过编程的简化大大地方便了操作流程。该系统具有强大的操作能力，不但能够充分体现分时多任务的优越性，同时还能够保证控制系统良好的维护性和清晰的结构。

3.2工业机器人的路径规划

一般通过2种手段来提高工业机器人的工作效率：一是合理分配机器人的工作量，使任务彼此平衡；二是合理分配机器人的工作顺序，主要技术路线如下：

建立路径规划数学模型一确定路径规划数学方法TSP求解一根据实际因数进行修正优化方案一进行模拟仿真(如果仿真失败，重返TSP求解)一离线编程一实际应用。

应用智能控制理论，对工业机器人的路径进行智能优化，选择高级的算法，获取最优的路径。

4结语