機(jī)器人與獨(dú)立變位機(jī)的協(xié)同控制研究與實(shí)現(xiàn)
2017-4-5 來(lái)源：沈陽(yáng)大學(xué) 作者：張文明 , 董志海
摘要：隨著機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的廣泛與先進(jìn)的技能的開(kāi)始，機(jī)器人在組裝，焊接，噴涂等工作中也是越走越遠(yuǎn)，越來(lái)越精密的機(jī)器使得其內(nèi)部的零件也隨之越來(lái)越復(fù)雜，獨(dú)立變位機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，機(jī)器人與獨(dú)立變位機(jī)結(jié)合，也廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育事業(yè)、醫(yī)療事業(yè)等眾多領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：機(jī)器人 ; 獨(dú)立變位機(jī) ; 協(xié)同控制
1.前言
隨著時(shí)代的進(jìn)步，機(jī)器人應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，現(xiàn)在，為人類服務(wù)的機(jī)器人不僅越來(lái)越智能，而且可應(yīng)用的程序也越來(lái)越多，機(jī)器人躋身于工業(yè)生產(chǎn)工作中已經(jīng)不是什么新鮮事，而獨(dú)立變位機(jī)隨著機(jī)器人在工業(yè)當(dāng)中應(yīng)用也越來(lái)越普及，已經(jīng)成為了自動(dòng)化生產(chǎn)中不可分割的一部分，隨著獨(dú)立變位機(jī)的各項(xiàng)功能快速發(fā)展，也大大拓展了機(jī)器人在工業(yè)工作中的靈活性和多變性。
2.機(jī)器人與獨(dú)立變位機(jī)概述
（1）隨著機(jī)器人越來(lái)越多的應(yīng)用于焊接、噴涂、組裝等工業(yè)領(lǐng)域，相關(guān)零件的復(fù)雜程度和精密程度日益提升，使獨(dú)立變位機(jī)的使用率也與日俱增，機(jī)器人與變位機(jī)協(xié)調(diào)工作的方式主要有兩種，一種是分步驟運(yùn)動(dòng)模式，一般應(yīng)用場(chǎng)合主要在機(jī)器人和獨(dú)立變位機(jī)不需要協(xié)調(diào)工作和運(yùn)動(dòng)的情況；另一種模式叫做同步運(yùn)動(dòng)模式，這種應(yīng)用模式通常要求兩者同步聯(lián)動(dòng)。本文主要討論的是第二種模式，獨(dú)立變位機(jī)與機(jī)器人的協(xié)同控制研究與實(shí)現(xiàn)。
（2）機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，而獨(dú)立變位機(jī)也有著自己獨(dú)立工作的各項(xiàng)靈活程序，兩相比較之下，機(jī)器人和獨(dú)立變位機(jī)在工作中都有著自己得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，如果能將獨(dú)立變位機(jī)和機(jī)器人完善的結(jié)合在一起的話，就能在教育事業(yè)，工業(yè)，農(nóng)業(yè)，建筑業(yè)，甚至是未來(lái)的環(huán)保事業(yè)中大展拳腳，機(jī)器人在工作方面有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，尤其是智能機(jī)器人，在工作中可以很好地處理應(yīng)急事件，可以很好地彌補(bǔ)獨(dú)立變位機(jī)非智能的不足，而獨(dú)立變位機(jī)有著精密的工作精準(zhǔn)性，可以把復(fù)雜的系統(tǒng)分解成若干個(gè)便于處理的小模塊，每個(gè)機(jī)器人的小模塊都在外部的獨(dú)立變位機(jī)上對(duì)應(yīng)一個(gè)簡(jiǎn)單的小接口，忽略或在某種程度上簡(jiǎn)化內(nèi)部行為，這方面的研究工作都集中于定義一個(gè)與現(xiàn)實(shí)平臺(tái)相關(guān)的基本程序當(dāng)中。在機(jī)器人龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)中，難免會(huì)出現(xiàn)一些誤差，如果機(jī)器人能熟練應(yīng)用獨(dú)立變位機(jī)的精準(zhǔn)性來(lái)工作，那么就能很好地把這一誤區(qū)避免掉。
3.機(jī)器人與獨(dú)立變位機(jī)的協(xié)同控制研究與實(shí)現(xiàn)
（1）首先，商品化的機(jī)器人系統(tǒng)大多采用封閉結(jié)構(gòu)的專用控制器，而上層主控計(jì)算機(jī)通常采用的都是較為專業(yè)性的計(jì)算機(jī)，離線編程工具使用的也是專業(yè)機(jī)器人語(yǔ)言，采用專業(yè)控制器進(jìn)行伺服控制，并將控制算法固定在 CPU 中，這種封閉系統(tǒng)一旦在工作中出現(xiàn)故障或者誤差，很難進(jìn)行修改或者修復(fù)，另外，商品化的機(jī)器人沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)功能，然而現(xiàn)代化發(fā)展核對(duì)機(jī)器人的研究以及控制器開(kāi)放的要求越來(lái)越迫切，也逐漸成為了研究的熱點(diǎn)，目前，針對(duì)開(kāi)放式機(jī)器人已有的研究工作主要集中在機(jī)器人結(jié)構(gòu)的定位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)部件的模塊化以及接口的標(biāo)準(zhǔn)化，提高軟件代碼的復(fù)用性，效率。可維護(hù)性、正確率以及程序的易讀性，為使用者提供更加方便的語(yǔ)言描述和任務(wù)指令，以及程環(huán)境等方面。局限于“專用機(jī)器人，專用機(jī)器人語(yǔ)言，專用微處理器”等封閉式結(jié)構(gòu)的方面，封閉的控制器結(jié)構(gòu)時(shí)期具有特定的功能，適用于特定環(huán)境，不便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行拓展和改進(jìn)，例如，商品化的機(jī)器人控制器是不被開(kāi)放的，使用者很難根據(jù)自己的需要對(duì)程序以及指令進(jìn)行修改和擴(kuò)充內(nèi)容。
（2）在這樣的機(jī)器人程序前提下，很難就機(jī)器人與獨(dú)立變位機(jī)的合作協(xié)調(diào)工作與應(yīng)用進(jìn)行發(fā)展，固定的指令模式使機(jī)器人不能很好地協(xié)調(diào)獨(dú)立變位機(jī)工作，各個(gè)領(lǐng)域的工作都不一樣，使用者或者使用單位很難根據(jù)自己?jiǎn)挝还ぷ鞯奶厥庑詠?lái)對(duì)機(jī)器人的固定指令進(jìn)行更改和增加內(nèi)容，以及設(shè)置某項(xiàng)相關(guān)功能，而獨(dú)立變位機(jī)又是高精尖的精密儀器，在工作中不能容許一星半點(diǎn)的差錯(cuò)，如果機(jī)器人的指令存在誤差，或者已有的指令在某種特殊情況下，如電磁干擾，信號(hào)干擾或者雷電干擾下發(fā)生了偏差或者改變，那么獨(dú)立變位機(jī)將會(huì)與指令錯(cuò)誤的機(jī)器人來(lái)協(xié)調(diào)工作，如果遇到特殊單位的特殊工種，如爆破，液化氣廠等，這些偏差關(guān)系到整個(gè)工作的質(zhì)量和進(jìn)度，甚至是工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。而只單方面的要求改變機(jī)器人封閉的指令程序和相關(guān)程序是不夠的，還需要在獨(dú)立變位機(jī)本身采取一系列相應(yīng)措施，安全第一，生產(chǎn)第二，獨(dú)立變位機(jī)應(yīng)該在出現(xiàn)相關(guān)緊急情況的時(shí)候能夠自動(dòng)的把機(jī)器人的錯(cuò)誤指令關(guān)掉，或者自發(fā)觸動(dòng)警報(bào)系統(tǒng)，讓整體工作的主導(dǎo)性和主體地位不完全放在機(jī)器人身上，相互協(xié)調(diào)工作應(yīng)該像人類互相協(xié)調(diào)工作一樣，一方一旦出現(xiàn)問(wèn)題或者錯(cuò)誤，另一方堅(jiān)決不能視而不見(jiàn)。
（3）這樣一來(lái)就需要開(kāi)放機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)了，如果能實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性機(jī)器人，用戶只要能夠在遵守相關(guān)原則的前提下按照自己的需求來(lái)更改指令，知道機(jī)器人工作，然后機(jī)器人就能隨時(shí)和獨(dú)立變位機(jī)來(lái)協(xié)調(diào)相關(guān)工作了；目前開(kāi)放式機(jī)器人控制器硬件平臺(tái)大致可以分為兩類：一類是基于電腦總線系統(tǒng)和基于 VME 總線的系統(tǒng)，電腦總線系統(tǒng)具有一系列的有點(diǎn)，譬如成本低，開(kāi)放性好，完善的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和豐富的軟件資源以及龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，還有良好的通訊功能，用戶基本可以通過(guò)這些方面來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和獨(dú)立變位機(jī)的協(xié)調(diào)工作，從目前來(lái)看，也是最適用于未來(lái)發(fā)展的。
4.結(jié)束語(yǔ)
獨(dú)立變位機(jī)和機(jī)器人的協(xié)調(diào)工作其實(shí)已經(jīng)不只是人類的構(gòu)想，我們完全有能力去實(shí)現(xiàn)它，去完善和應(yīng)用它，這樣能夠在各個(gè)領(lǐng)域提高各項(xiàng)的整體發(fā)展水平，開(kāi)放式的電腦能夠給機(jī)器人帶來(lái)不一樣的指令效果，不會(huì)故步自封，能夠和獨(dú)立變位機(jī)更加完善的協(xié)調(diào)工作。雖然機(jī)器人和獨(dú)立變位機(jī)協(xié)調(diào)工作有著可觀的前景，但是需要完善的地方還有很多，非一日之功，我們需要做的就是在實(shí)踐中探索和發(fā)展，為機(jī)器人和獨(dú)立變位機(jī)的工作提供更好地實(shí)時(shí)處理能力，提供方便的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境等等，隨著這一系列問(wèn)題的解決，機(jī)器人和獨(dú)立變位機(jī)的合作系統(tǒng)一定會(huì)取得良好的成果。
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