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。
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。
作為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場,中國的工業(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家政策的支持下,中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也得到了長足的發(fā)展,根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示,2017年1-11月,中國工業(yè)機(jī)器人累計(jì)產(chǎn)量11.817萬臺,跟去年同比增長68.8%,是增長最快的產(chǎn)品之一。
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。據(jù)預(yù)測,2017年機(jī)器人控制器市場規(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)。
目前國外主流機(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,控制器的市場份額基本和機(jī)器人保持一致,國內(nèi)企業(yè)控制器尚未形成市場競爭優(yōu)勢。
工業(yè)機(jī)器人控制器研究現(xiàn)狀
隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展,為處理器的性能越來越高,價(jià)格越來越便宜。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。
為了保證系統(tǒng)具有足夠的計(jì)算與存儲能力,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。
目前國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。
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)比較簡單,在日本,體系結(jié)構(gòu)以硬件為基礎(chǔ)來劃分,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。
由于硬件大多都是外購,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)。
隨著工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展,針對結(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。
下面我們來看看國內(nèi)外各大工業(yè)機(jī)器人控制器品牌的現(xiàn)狀。
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,模塊連接簡單易行。
KUKA
KRC4是庫卡開發(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、可升級性和靈活性。
KEBA