控制器是工業(yè)機(jī)器人的三大核心零部件之一,,也是工業(yè)機(jī)器人的大腦,,它的好壞直接決定了機(jī)器人性能的優(yōu)劣,因此,,不管是ABB,、KUKA,還是新松,、新時(shí)達(dá)等國(guó)內(nèi)外各大工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商都不約而同地把控制器的主導(dǎo)權(quán)掌握在自己手中,。
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工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展目標(biāo),即開發(fā)滿足用戶需求的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù),、主機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)及關(guān)鍵零部件制造技術(shù),,突破一批核心技術(shù)和關(guān)鍵零部件,,提升量大面廣主流產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性指標(biāo),在重要工業(yè)制造領(lǐng)域推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的規(guī)�,;痉稇�(yīng)用,。
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作為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng),中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人需求約占全球三分之一左右,。在巨大的需求刺激以及國(guó)家政策的支持下,,中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展,根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示,,2017年1-11月,,中國(guó)工業(yè)機(jī)器人累計(jì)產(chǎn)量11.817萬(wàn)臺(tái),跟去年同比增長(zhǎng)68.8%,,是增長(zhǎng)最快的產(chǎn)品之一,。 3 O( X( \1 w; c1 k, [; j7 Y T
在此背景之下,工業(yè)機(jī)器人控制器也實(shí)現(xiàn)了爆發(fā)式增長(zhǎng),。據(jù)預(yù)測(cè),,2017年機(jī)器人控制器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)8.78億元�,?刂破�,、軟件與本體一樣,一般由機(jī)器人廠家自主設(shè)計(jì)研發(fā),。 5 S p0 S+ z6 r5 F! l2 k
目前國(guó)外主流機(jī)器人廠商的控制器均為在通用的多軸運(yùn)動(dòng)控制器平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行自主研發(fā),,各品牌機(jī)器人均有自己的控制系統(tǒng)與之匹配。因此,,控制器的市場(chǎng)份額基本和機(jī)器人保持一致,,國(guó)內(nèi)企業(yè)控制器尚未形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 $ k* V+ D; L/ }0 _& d
3 z4 f. A. D; ~工業(yè)機(jī)器人控制器研究現(xiàn)狀
5 }+ Z0 }! V" c9 U* I+ O隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展,,為處理器的性能越來(lái)越高,,價(jià)格越來(lái)越便宜。高性價(jià)比的微處理器使得開發(fā)低成本,、高性能的工業(yè)機(jī)器人控制器成為可能,。
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為了保證系統(tǒng)具有足夠的計(jì)算與存儲(chǔ)能力,目前工業(yè)機(jī)器人控制器多采用計(jì)算能力較強(qiáng)的ARM系列,、DSP系列,、POWERPC系列、Intel系列等芯片組成,。此外,,由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全滿足某些工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)在價(jià)格、性能,、集成度和接口等方面的要求,,這就產(chǎn)生了工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)SoC(SystemonChip)技術(shù)的需求,,將特定的處理器與所需要的接口集成在一起,可簡(jiǎn)化系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì),,縮小系統(tǒng)尺寸,,并降低成本。
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目前國(guó)際上還沒有專用于工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中的伺服通信總線,,在實(shí)際應(yīng)用過程中,,通常根據(jù)系統(tǒng)需求,把常用的一些總線,,如以太網(wǎng)、CAN,、1394,、SERCOS、USB,、RS-485等用于工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中,。 * C6 x: {/ Z) Y& w8 W4 r6 @
在控制器體系結(jié)構(gòu)方面,其研究重點(diǎn)是功能劃分和功能之間信息交換的規(guī)范,。在開放式控制器體系結(jié)構(gòu)研究方面,,有兩種基本結(jié)構(gòu),一種是基于硬件層次劃分的結(jié)構(gòu),,該類型結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,,在日本,體系結(jié)構(gòu)以硬件為基礎(chǔ)來(lái)劃分,,如三菱重工株式會(huì)社將其生產(chǎn)的PA210可攜帶式通用智能臂式工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)劃分為五層結(jié)構(gòu),;另一種是基于功能劃分的結(jié)構(gòu),它將軟硬件一同考慮,,其是工業(yè)機(jī)器人控制器體系結(jié)構(gòu)研究和發(fā)展的方向,。
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由于硬件大多都是外購(gòu),工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商幾乎都能買到相同的硬件,,而軟件往往就成為了工業(yè)機(jī)器人控制器的核心,,大部分工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商都有自己獨(dú)立的開發(fā)環(huán)境和工業(yè)機(jī)器人編程語(yǔ)言,很多大學(xué)在工業(yè)機(jī)器人開發(fā)環(huán)境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作,,提供了很多開放源碼,,可在部分工業(yè)機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)下進(jìn)行集成和控制操作,目前已在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了許多相關(guān)實(shí)驗(yàn),。
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隨著工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展,,針對(duì)結(jié)構(gòu)封閉的工業(yè)機(jī)器人控制器的缺陷,開發(fā)“具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化,、標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)機(jī)器人控制器”是當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人控制器的一個(gè)發(fā)展方向,。
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下面我們來(lái)看看國(guó)內(nèi)外各大工業(yè)機(jī)器人控制器品牌的現(xiàn)狀,。
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ABB IRC5控制器是ABB研發(fā)的工業(yè)機(jī)器人控制器,,由一個(gè)控制模塊和一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊組成,可選增一個(gè)過程模塊以容納定制設(shè)備和接口,如點(diǎn)焊,、弧焊和膠合等。配備這三種模塊的靈活型控制器完全有能力控制一臺(tái)6軸工業(yè)機(jī)器人外加伺服驅(qū)動(dòng)工件定位器及類似設(shè)備,。如需增加工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量,,只需為每臺(tái)新增工業(yè)機(jī)器人增裝一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊,還可選擇安裝一個(gè)過程模塊,,最多可控制四臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在MultiMove模式下作業(yè),。各模塊間只需要兩根連接電纜,一根為安全信號(hào)傳輸電纜,,另一根為以太網(wǎng)連接電纜,,供模塊間通信使用,模塊連接簡(jiǎn)單易行,。
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KUKA KRC4是庫(kù)卡開發(fā)的一個(gè)全新的,、結(jié)構(gòu)清晰且注重使用開放高效數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)架構(gòu),這個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)中集成的所有安全控制(Safety Control),、工業(yè)機(jī)器人控制(Robot Control),、運(yùn)動(dòng)控制(Motion Control)、邏輯控制(Logic Control)及工藝過程控制(Process Control)均擁有相同的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和基礎(chǔ)設(shè)施并可以對(duì)其進(jìn)行智能化使用和分享,。使系統(tǒng)具有最高性能,、可升級(jí)性和靈活性。 k5 b q3 \/ P
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KEBA # a- ^' Q2 F3 T4 u$ K% h# W9 G
KEBA并不是工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商,,是工業(yè)機(jī)器人控制器行業(yè)為數(shù)不多的非工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商,,他的產(chǎn)品是工業(yè)級(jí)伺服控制系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度工業(yè)機(jī)器人的控制,,該控制系統(tǒng)中通過VxWorks平臺(tái)或者Windows+RTX實(shí)時(shí)擴(kuò)展平臺(tái)保證軟件運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)性,,通過運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制單元可以實(shí)現(xiàn)對(duì)總線式伺服驅(qū)動(dòng)器的控制,從而達(dá)到對(duì)工業(yè)機(jī)器人的精確控制,。 $ `, d! a+ Y& X A' j1 A2 [
KeMotionr5000系列控制器是一套完整的面向多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)軟硬件模塊化控制器,。硬件包括KeMotion控制器,以及各種外圍模塊組成,,它們通過以太網(wǎng)或總線的形式與控制器連接,,實(shí)現(xiàn)面向各種應(yīng)用的搭配�,?刂葡到y(tǒng)軟件的核心部分是運(yùn)行在控制器硬件平臺(tái)(x86嵌入式微處理器)上一整套軟件,。自底向上的看,首先底層的OS是VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),,這為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性提供了一個(gè)基礎(chǔ),,同時(shí)也為應(yīng)用軟件提供運(yùn)行環(huán)境,。
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發(fā)那科 FANUCRobotR-30iA是發(fā)那科研發(fā)的新一代工業(yè)機(jī)器人控制器,具有性能高,,響應(yīng)快,,安全性能強(qiáng)等特點(diǎn)。作為唯一集成了視學(xué)功能的工業(yè)機(jī)器人控制器,,將大量節(jié)約為實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)所需的周邊設(shè)備成本,。基于FANUC自身軟件平臺(tái)研發(fā)的各種功能強(qiáng)大的點(diǎn)焊,、涂膠,、搬運(yùn)等專用軟件,在使工業(yè)機(jī)器人的操作變得更加簡(jiǎn)單的同時(shí),,也使系統(tǒng)具有徹底免疫計(jì)算機(jī)病毒的功能,。
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安川 安川開發(fā)的是基于PC開發(fā)的具有開放式結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)功能的工業(yè)機(jī)器人控制器,,2016年,安川還推出了配備人工智能的機(jī)器人控制,,可自動(dòng)設(shè)定焊接條件,,高精度預(yù)測(cè)機(jī)器人主體的壽命等。將為啟動(dòng)作業(yè)的效率化,、縮短機(jī)械障礙時(shí)的停止時(shí)間做出貢獻(xiàn),。 7 f; u- `, y) r" T. H& h. Y% i* W
控制器內(nèi)的AI可自行尋找最佳的焊接條件,反映至機(jī)器人的實(shí)際作業(yè)中,。通常在焊接多個(gè)位置時(shí)需要設(shè)定不同的條件,,新控制器中的設(shè)定工作部分實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。在焊接之外,,還考慮在涂裝,、加工等機(jī)械臂前端動(dòng)作需要進(jìn)行細(xì)微設(shè)定的用途領(lǐng)域應(yīng)用。 & w4 J* k5 a) Z- J' j* Z
新松機(jī)器人 新松是中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的巨頭,,其SIASUN-GRC機(jī)器人控制器具有自主版權(quán),、自主開發(fā)的實(shí)用化、商品化的機(jī)器人控制器,,該機(jī)器人控制器設(shè)計(jì)合理,、技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)越,、系統(tǒng)可靠,、使用方便。采用交流伺服驅(qū)動(dòng),,絕對(duì)碼盤檢測(cè)和大屏幕漢字示教編程盒等多項(xiàng)最新技術(shù),,形成了先進(jìn)的高性能機(jī)器人控制系統(tǒng),。該系統(tǒng)的整體性能已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,是國(guó)內(nèi)第一個(gè)可商品化的機(jī)器人控制器,,具有小批量生產(chǎn)能力,。 8 k* k% ?; m: g' a
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