基于B&R控制系統的工業機器人開發

摘 要：本文介紹了基于B&R（貝加萊）系統的機器人的機械系統組成、控制系統的硬件結構、軟件架構，重點介紹了基于B&R（貝加萊）控制器而體現出的先進性。

關鍵詞：機器人 貝加萊 力矩前饋 TRF Automation Studio

中圖分類號：TN2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0009-02

奇瑞汽車股份有限公司是中國最大的自主品牌汽車生產商之一，隨著生產規模不斷擴大，工業機器人的應用數量也越來越多，為了降低生產成本，奇瑞公司從2007年開始自主研發工業機器人，目前已完成基于貝加萊控制器的第三代機器人的研發，下面就已開發的機器人的機械系統、控制系統、系統軟件三部分進行分析。

1 機械系統

1.1 機械本體組成

機器人機械系統主要由機械本體和外圍結構組成，如圖1所示。機械本體主要由底座部分、平衡缸部分、大臂、小臂部分和手腕部分組成，外圍結構主要由管線包和工具組成。

1.2 機械本體性能參數

機器人具有六個自由度，最大負載可達370公斤，該機器人也是我國自主研發的最先進的大負載工業機器人，各項性能參數達到國際先進水平，具體參數如表1所示。

2 控制系統

機器人控制系統硬件結構主要由四個部分組成：移動式面板（示教器），工控機，伺服驅動器和伺服電機。

2.1 移動式面板

移動式面板是用于機器人人機交互操作，如示教再現，動態顯示和參數調試等，本系統采用貝加萊Mobile Panel MP50移動式面板，該面板具有6.5英寸TFT真彩觸摸屏、Intel PXA 270處理器、256 MB DRAM、128 MB Flash等，操作系統為Windows CE實時操作系統。

2.2 工控機

工控機采用的是基于英特爾雙核處理器的高性能高可靠性的貝加萊工業計算機APC820，集分析運算和運動控制于一體。APC820是針對各種惡劣環境而設計的，設計中不帶內部電纜，為實現最高等級的抗振性和操作安全性提供了保障。

2.3 伺服驅動器與伺服電機

伺服驅動器采用的是貝加萊公司最新開發的智能型ACOPOSMulti驅動器，具有尺寸緊湊，模塊化結構，一個驅動器可以帶兩個伺服電機等特點。伺服電機選擇的是貝加萊公司設計的高精度，高動態響應，帶有多圈絕對式編碼器的同步伺服電機。

3 系統軟件設計

3.1 機器人系統軟件架構

機器人系統軟件主要基于貝加萊Automation Studio（AS）軟件工具開發，AS軟件提供可擴展性、多平臺性能以及強大的靈活性，支持貝加萊全系列產品的控制、顯示、運動控制及通信的開發。

控制系統軟件主要分為人機界面與下位機兩部分。機器人系統軟件架構如圖2 所示。

3.2 人機界面軟件功能

機器人的人機界面由主頁面、設置頁面、I/O、文件管理、程序編輯、Move、報警七個頁面組成。其中主界面主要是機器人處于工作狀態時的界面，該頁面的主要功能是執行程序，機器人進入工作狀態。設置界面主要功能是對軸的編碼器進行清零、管理示教點的位置、工具參數設置、修改密碼等。Move頁面主要的功能是進行點動機器人，設置點動機器人的速度，顯示六個軸的位置狀態。

3.3 下位機軟件功能

下位機軟件主要分為運動控制、I/O處理、故障處理、基于模型的力距前饋控制四部分。

運動控制主要處理機器人運動學算法、邏輯控制程序以及運動中需要的直線插補與圓弧插補等，已開發了CNC庫和TRF_Lib庫。CNC庫功能負責運動規劃及插補，TRF_Lib庫功能負責正逆運動學算法。

I/O處理和故障處理主要通過調用系統功能塊來完成I/O信號處理和故障處理。

力矩前饋控制對各軸之間的動態耦合進行補償，解決了單純的位置控制造成的當機器人以高速大范圍運動時，控制效果不理想，如出現振動和軌跡偏差大等現象，工作機理如圖3所示。

4 系統先進性

由于工控機APC820具有強大的運算能力，并通過高速實時以太網PowerLink（100Mbps）連接工控機與伺服驅動器，能夠實現復雜的運動控制算法對伺服電機的集中式控制，并且能夠實現一臺工控機對多臺6軸機器人的控制。

貝加萊的軟件開發平臺AS集成有標準的關節型機器人運動功能模塊，使得用戶開發和調試機器人軟件的時間大為縮短。系統具有很強的可擴展性，APC820通過X2X總線接口可以方便地連接Ethernet、Powerlink等主流現場總線模塊。由于系統硬件模塊少，電氣布置簡單，一方面減少了電控柜的體積；另一方面使得電氣系統的可靠性得到了提高。系統支持VNC，webserver和moderm等遠程維護和診斷功能，ACOPOSMulti驅動器還具有能實現能源再生功能，這些為機器人控制系統向智能化，安全，節能環保的方向發展提供了空間。

5 結論

工業機器人作為現代制造業主要的自動化裝備之一已以廣泛應用，借助于POWERLINK通信技術、智能型的ACOPOSMulti驅動器、高性能的APC820工控機以及多平臺性能的Automation Studio軟件開發工具，使得基于貝加萊系統開發的這款機器人整體性能達到國際領先水平。

參考文獻

[1]B&R Product Catalog，2010 Edition.奧地利：貝加萊工業自動化（上海）有限公司

[2]蔡自興.機器人學[M].清華大學出版社，2009.