产品经理兼职做网站报酬,网站网络推广,二维码分销系统,天猫开店的入驻流程机械臂和移动机器人两种工业机器人的特点你知道吗#xff1f;下面我们对比一下二者的控制系统方案。以上分类是根据应用对象#xff0c;此外#xff0c;市面上更多的是通用型运动控制器#xff0c;即控制非标设备的。1 控制器底层方案1.1 机械臂类机械臂类的控制器发展较…机械臂和移动机器人两种工业机器人的特点你知道吗下面我们对比一下二者的控制系统方案。以上分类是根据应用对象此外市面上更多的是通用型运动控制器即控制非标设备的。1 控制器底层方案1.1 机械臂类机械臂类的控制器发展较早相对成熟先来看看现有的控制系统底层方案。1.2 移动机器人类移动机器人的控制器属于较新的方向工业移动机器人有AGV、无人驾驶工程机械等形式控制系统底层方案如下1.3 对比机械臂对精度和运动稳定性的要求较高因此计算量大、周期短比移动机器人一般要高1到2个量级。移动机器人一般对同步精度要求不高其配置相对较低。机械臂一般工作于固定的区域其控制器通常放置于机箱内因此防护等级不高一般是IP20。移动机器人由于需要经常运动尤其是室外工程机械要考虑防水防尘其防护等级较高一般是IP67。2 CoDeSys介绍2.1 CoDeSys的组成你会发现很多的机器人控制软件都是借助CoDeSys实现的那么什么是CoDeSys呢CoDeSys是一款付费的软PLC开发软件简单来说它包括两部分Development System和Runtime System。Development System就是用来编程的软件界面(就像Visual Studio、Eclipse等软件也可以称为IDE)设计、调试、编译PLC程序都在IDE中进行这部分是用户经常打交道的PLC程序写好了以后就要把它转移到硬件设备中运行。可是这时生成的PLC程序自己是无法运行的它还要在一定的软件环境中才能工作这个环境就是Runtime System这部分是用户看不到的。二者安装的位置通常不同IDE一般安装在开发电脑上Runtime System则位于起控制作用的硬件设备上二者一般使用网线连接程序通过网线下载到Runtime中运行。CoDeSys在国内知名度不高但是在欧洲久负盛名尤其在工业控制领域。我们上面提到的很多机器人公司都使用了它的产品例如KEBA、倍福、固高还有几乎所有的移动机器人控制器厂家。设计CoDeSys的3S公司只卖软件不卖硬件。硬件电路需要由用户自己设计3S公司负责将Runtime System移植到客户的硬件上。Runtime System可以裸跑在硬件上但一般是运行在操作系统上配置操作系统也是客户的工作。如果客户要求CoDeSys的IDE可以定制换成客户的logo和外观这就是为什么你会发现不同厂家的开发平台长得不一样但风格又比较相似。当然用户也可以使用其它IDE例如倍福就使用了微软的Visual Studio而背后的编译器等内核以及函数库仍然采用CoDeSys的方案。CoDeSys的Runtime具有强大的适应性支持绝大多数的操作系统和硬件芯片架构。2.2 CoDeSys Runtime原理CoDeSys的IDE部分是免费的你可以从其官网下载体验体验。真正收费的是运行系统Runtime System。CoDeSys在设计之初就将功能划分为若干组件模块例如总线协议栈、可视化界面、运动控制、安全控制等等用户可以像搭积木一样选购必需的模块搭建自己的系统最后形成一个定制化的控制软件平台。一些初次接触软PLC的用户可能对这部分感到陌生但其实这种设计方式非常普遍。举几个例子MATLAB Simulink的实时工具箱(Real-Time)就是这样的工作方式用户在Simulink的图形界面里通过拖拽设计控制程序然后下载到真实的硬件中跑可以在这里了解。还有像倍福也是这样的使用方式用户在TwinCAT IDE里进行编程然后下载到倍福的控制器中控制器里面其实已经预装了一个Runtime。西门子的STEP7也是一款IDE它的PLC中也存在一个配套的Runtime。用户编写的PLC程序就像我们电脑里的应用程序它运行在Runtime System上而Runtime System又运行在操作系统之上。Runtime System位于应用程序和操作系统之间。所以可以被称为中间件(Middleware)。在机器人软件里面处于同样地位的还有ROS、OROCOS(Real-Time Toolkit)等等。机器人的控制像数控机床一样对实时性有要求因此我们选择的操作系统最好是实时操作系统(RTOS)。遗憾的是我们经常用的操作系统都不是实时的例如Windows和Linux。但幸运的是有人对它们进行了改造也就是加入实时补丁。常用的实时操作系统有VxWorks、QNX、Windows RTX、Xenomai、RT Linux、Linux RTAI、WinCE、μC/OS、SylixOs等等。考虑到Windows和Linux这两款操作系统的用户较多CoDeSys推出了相应的实时补丁(RTE)为用户免去了改造的烦恼。2.3 CoDeSys的缺点CoDeSys给我们开发控制器带来了便利省去了从零开始的麻烦但是依靠CoDeSys这类商业软件开发自己的控制器产品也存在不少的缺点1) 底层算法不公开CoDeSys集成的运动控制组件、总线协议栈都是封装好的用户无法了解其内部细节也无法针对自己的具体需求进行定制优化只能简单地调用。用户只能依附于CoDeSys平台难以形成自己的核心技术。2)功能有限难以扩展现在以机器视觉、人工智能、自动驾驶等为代表的新技术突飞猛进而工业控制上的很多技术仍然停留在20年前。以移动机器人中的导航场景为例基于视觉或者激光的导航方法需要采集大量的数据并对其进行处理其中涉及相当多的矩阵计算。而现在PLC只能进行落后的一维数字计算难以实现复杂的算法。与人工智能圈子喜欢开源的风格正好相反工业控制圈子相互封闭谁都不肯开放自家的函数库开源函数库极少(OSCAT)就连最基本的滤波算法、矩阵计算都要自己从头开始写。而且国际标准提供的基本函数太过有限完全无法适应新的场景急需扩展。3) 难以更新由于完全依赖CoDeSys客户自己产品硬件的升级换代需要重新定制移植导致成本增加。3 开源方案目前存在一些开源的控制系统方案例如Beremiz、Orocos、OpenPLC、OpenRTM、ORCA。开发机器人控制器是个繁重的工作要明确一系列性能要求首先是实时性。实时性对于工业机器人来说一般是必须的对于服务或娱乐机器人则未必。一般人很容易错把“实时性”理解为处理或者响应速度快但是其实“实时性”表示时间上的“确定性”例如实时操作系统(RTOS)中的中断响应或者进程切换的延迟时间一定是在一个时间范围内。我们常用的操作系统(Windows、Linux)都不是实时操作系统因为它们设计的初衷是吞吐量不能保证每个事件都在一定范围内得到处理。再比如标准以太网的传输速度比实时工业以太网快多了但是它也却不是实时的因为它同样不能保证数据在给定的时间内完成传输。理解实时性不太难可是机器人哪些的任务需要实时运行呢如何根据机器人的性能要求确定程序运行的时间间隔呢(是1ms还是10ms)实时性取决于硬件还是软件呢如何根据实时性选择具体的软硬件呢(该选择ARM还是X86、Linux RTAI还是VxWorks)网上缺少这方面的深入讨论各大机器人厂家也不会公开自己的测试和试验结果似乎这方面主要依靠经验和试错。这里也只能提供几个指标目前工业机械臂的控制周期是1ms左右性能较高的伺服驱动器位置环的控制周期可以达到125[Math Processing Error] mu sμs。PLCopen定义了伺服和运动控制的一些标准包括编程语言、运动控制基础函数块(Function Block)、输入输出接口的参数等[Math Processing Error] ^{[3]}[3]具体的实现代码细节这个是由各个厂家提供的。免责声明以上内容来自网络仅供交流学习之用。如有任何疑问或异议请留言与我们联系。来源 网络整理 中国机器人网
