工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的開放體系結構分析

摘 要：工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的運行性能直接影響著工業(yè)機器人在工業(yè)生產中的工作質量。隨著工業(yè)生產對工業(yè)機器人需求的增加，工業(yè)機器人的運行性能需要得到改進和完善，應該對其控制系統(tǒng)進行升級，合理地進行開放體系結構的設計。基于此，文章結合工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的工作運行原理，從軟件構架、G代碼翻譯和圖形編程以及機器人仿真等方面入手，探討開放體系結構的設計方法。

關鍵詞：工業(yè)機器人;控制系統(tǒng);開放體系結構

工業(yè)機器人作為一種智能化的生產設備，在工業(yè)領域得到了廣泛的應用，顯著提升了工業(yè)生產的工作效率。工業(yè)機器人的運行，主要是依靠控制系統(tǒng)進行指揮，根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，執(zhí)行相關的工作。對工業(yè)機器人的改進與升級，需要進一步完善其控制系統(tǒng)，提高其通用性、可靠性以及適應性。在智能化工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的研發(fā)工作中，應用開放體系結構，并進行優(yōu)化設計，進而達到提高其工作運行性能的目的。

1 ? ?工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的工作運行原理

工業(yè)機器人在工業(yè)生產中，通過模仿人類動作，執(zhí)行相應的工作，用于代替人力，進而減少工業(yè)生產中的人力投入。與人力相比，工業(yè)機器人的工作效率更高，能夠更加精細化地操作，減少失誤和差錯。人類在工作的過程中，相關動作是由大腦中樞神經系統(tǒng)支配，而在工業(yè)機器人的工作運行過程中，同樣是由“大腦”指揮。控制系統(tǒng)圍繞著工業(yè)生產的相關工作，發(fā)出相關指令，工業(yè)機器人則根據(jù)指令，執(zhí)行相關動作。由此可見，控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人的“核心”，其運行性能直接決定著工業(yè)機器人的生產能力及工作效率。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構、驅動機構、控制機構、傳感系統(tǒng)組成，在驅動機構、控制機構、傳感系統(tǒng)等機構的相互協(xié)調、配合下，執(zhí)行機構能正確執(zhí)行相關動作，并結合工業(yè)生產的實際需要，對運動姿態(tài)、運動速度、加速度進行控制，對規(guī)定的任務動作形成固有的記憶。在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中進行開放體系結構的設計，能夠進一步完善控制系統(tǒng)的功能，可以更加高效、精準地完成更為復雜的工作任務。

2 ? ?工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的開放體系結構設計

2.1 ?軟件構架

工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的開放體系結構設計，需要對軟件構架進行優(yōu)化和完善。在ABB IRC5機器人控制系統(tǒng)軟件中，基本框架包括參數(shù)設置、手動控制（示教編程、G代碼編程、DXF圖形編程）、狀態(tài)監(jiān)測、運動仿真、自動運行（運動學分析）、編程、手動控制、回零等。在參數(shù)設置中，主要包含手動控制軟件、運動學模型以及關節(jié)電機等方面。數(shù)據(jù)的管理和控制均由一個軟件來完成。在人機界面進行參數(shù)的修改與設置，啟動程序時，其可以自動讀取參數(shù)。工業(yè)機器人在工作運行過程中，需要人的手動控制。根據(jù)工業(yè)機器人工作運行的需要，進行控制模式、坐標以及速度模式的選擇。工業(yè)機器人運行故障的檢查和維護同樣需要手動控制[1]。

工業(yè)機器人在工作運行過程中，處于自動運行的狀態(tài)。在接收相關指令后，根據(jù)預先設置好的參數(shù)，自主開展工作，完成工業(yè)生產任務。在發(fā)布指令后，由雙向鏈表保存指令，啟動點位運動、空間直線、空間圓弧、暫停延時等程序，將集資領疏導至向量容器，進行速度前瞻，進入循環(huán)隊列，由運動控制卡應用程序編程接口（Application Programming Interface，API）發(fā)送線程。

2.2 ?G代碼翻譯和圖形編程

工業(yè)機器人控制系統(tǒng)實施詞法分析、語法分析等步驟，進行G代碼的翻譯。編輯G代碼程序，提取命令行信息，保存在m_VecGCode中。提取其中的某一個元素，經過語法分析，轉換為指令（內部控制），并保存在m_commandLigt中對最后一個元素進行分析。該過程中，如果出現(xiàn)錯誤提示，則要重新進行G代碼翻譯，更改提取命令行信息，選擇最后一個元素。

在圖形編程的過程中，主要針對DXF文件，具體包括標題段（文件基本信息：系統(tǒng)變量、文件設置）、類段（應用程度定義：符號表定義）、表段（符號表定義）、塊段（塊定義）、實體段（圖形實體和塊引用）、對象段（非圖形對象）等內容。在工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)中，多項程序均支持DXF圖形編程，進行圖形信息交換，繪制點、線、樣條，將其作為作業(yè)路徑。

2.3 ?機器人仿真

在ABB IRC5機器人仿真系統(tǒng)中，應用仿真軟件RobotStudio繪制幾何圖形，設計機器人的外形、結構。通過SolidWorks建模、3Dmax渲染，解析文件模塊，完成三維圖形繪制。分解建模操作具體包括結構大小臂、基座等多個部分。在建模的過程中，應用SolidWorks，并按照標準模板庫（Standard Template Library，STL）格式進行保存。在3Dmax中，將STL格式準換為ads格式。下載OpenGL庫，儲存對應文件，用于設置開發(fā)環(huán)境，為工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的開放體系結構設計提供支持。設立PPicture Control組件，應用OpenGL進行初始化函數(shù)的設置，將DC，ads文件等導入作為初始化內容，進行函數(shù)的繪制。根據(jù)OpenGL中的平移變換函數(shù)（或旋轉變換函數(shù)）調整繪制內容，對機器人關節(jié)的相對運用進行設計[2]。

3 ? ?結語

為了提高工業(yè)機器人的運行性能，需要對其控制系統(tǒng)進行改進和升級，對開放體系結構進行設計。應用先進的技術手段，基于控制系統(tǒng)的軟件構架、機器人仿真等多個方面，通過G代碼翻譯和圖形編程，設計出功能完善、全面的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)。未來將其投入到工業(yè)生產中，能夠顯著提升其工作效率。

[參考文獻]

[1]劉遠.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中PLC技術的應用[J].中國新通信，2020（3）：92.

[2]鮑寧.EtherCAT分布時鐘機制在工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的應用[J].科技視界，2019（27）：33-34，36.

作者簡介：徐敏（1988— ），女，重慶人，講師，碩士;研究方向：PLC自動化控制。