0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

机械臂和移动机器人的架构介绍

bjV5_Cambricon 来源:工业机器人与智能制造 作者:工业机器人与智能 2021-07-22 17:37 次阅读

本文比较了机械臂和移动机器人两种工业机器人控制系统方案,对其特点进行了介绍。

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。

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。

2CoDeSys介绍2.1CoDeSys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。

2.2CoDeSys 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ROSOROCOS(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。

想了解更多的CoDeSys Runtime信息可以阅读官方的文档[Math Processing Error] [1][2][1][2]。

2.3CoDeSys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。

这里我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)、输入输出接口参数等。

来源:工业机器人与智能制造,版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除,谢谢!

编辑:jq

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 机械臂
    +关注

    关注

    12

    文章

    513

    浏览量

    24565

原文标题:工业机器人控制系统架构介绍

文章出处:【微信号:Cambricon_Developer,微信公众号:寒武纪开发者】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    思岚科技荣获双年度移动机器人优质供应链奖

    移动机器人(AGV/AMR)产业联盟、人形机器人场景应用联盟主办的“2024中国移动机器人(AGV/AMR)产业发展年会”于12月13日在江苏苏州圆满落幕!
    的头像 发表于 12-16 17:54 410次阅读

    移动机器人的技术突破和未来展望

    移动机器人已经成为现代社会不可或缺的一部分,在各个领域发挥着越来越重要的作用。在这个过程中,富唯智能机器人以其卓越的技术突破,引领着移动机器人领域的发展潮流。
    的头像 发表于 12-13 17:57 156次阅读
    <b class='flag-5'>移动机器人</b>的技术突破和未来展望

    智能移动机器人系统方案指南

    至 48 V 之间。根据所采用的技术和预期用途,此类机器人系统可以与人类进行不同程度的交互,比如在人员周围安全运作,与人员进行高效的合作和协同工作。为帮助工程师更好地解决设计难题,智能移动机器人系统方案指南重磅上线!本文为第二部分,将
    的头像 发表于 11-14 10:30 355次阅读
    智能<b class='flag-5'>移动机器人</b>系统方案指南

    新松移动机器人批量进军欧洲新能源市场

    近日,新松智慧园内呈现出一派繁忙的景象。百余台移动机器人整齐地排列在车间内,它们蓄势待发,即将踏上前往欧洲的旅程。这批机器人代表着新松移动机器人大规模进军欧洲本土新能源市场的重要里程碑。
    的头像 发表于 10-11 16:55 423次阅读

    智能移动机器人

    富唯智能移动机器人分为复合机器人和转运机器人,搭载ICD核心控制器,实现一体化控制,最快可实现15分钟现场机器人的快速部署,无缝对接产线,配合自研2D/3D视觉系统,精准抓取搬运工件。
    的头像 发表于 08-27 17:22 335次阅读
    智能<b class='flag-5'>移动机器人</b>

    如何借助恩智浦MCX系列MCU纠错功能,打造可靠安全的移动机器人

    移动机器人的应用场景日益增多,覆盖工业自动化到服务型机器人等领域。保障移动机器人的操作安全可靠至关重要,因为它们承载的任务更加复杂,且运行环境不可控。  恩智浦新一代MCX系列微控制器助力应对
    的头像 发表于 08-02 11:04 1827次阅读
    如何借助恩智浦MCX系列MCU纠错功能,打造可靠安全的<b class='flag-5'>移动机器人</b>?

    智能移动机器人系统的用途和市场趋势

    至 48 V 之间。根据所采用的技术和预期用途,此类机器人系统可以与人类进行不同程度的交互,比如在人员周围安全运作,与人员进行高效的合作和协同工作。为帮助工程师更好地解决设计难题,智能移动机器人系统方案指南重磅上线!本文为第一部分,将
    的头像 发表于 07-16 09:37 659次阅读

    移动机器人四大赋能技术及NXP解决方案,本文总结全了!

    随着传感器和电子器件技术的突飞猛进,移动机器人领域正在快速发展。工程师们通过融合新技术,推动了移动机器人生态系统在多个层面的持续演进。
    的头像 发表于 05-31 09:20 1396次阅读

    海康机器人第100000台移动机器人下线

    海康机器人第100000台移动机器人已经成功下线 。这是一个重要的里程碑,标志着海康机器人在全品类移动机器人(AMR)领域取得了显著的进展。
    的头像 发表于 05-24 14:43 1058次阅读

    机械移动机器人两种控制系统方案对比

    机械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。
    发表于 03-11 09:53 1052次阅读
    <b class='flag-5'>机械</b><b class='flag-5'>臂</b>和<b class='flag-5'>移动机器人</b>两种控制系统方案对比

    自主移动机器人(AMR)功能和特点

    复合机器人是一种集成了移动机器人、协作机器人机器视觉等多项功能的新型机器人。它的开发目的是为了解决工厂物流中最后一米的问题,提供智能搬运解
    的头像 发表于 02-28 15:05 2074次阅读
    自主<b class='flag-5'>移动机器人</b>(AMR)功能和特点

    2023年国外移动机器人行业融资收购情况

    根据新战略移动机器人产业研究所统计,2023年,国外移动机器人(AGV/AMR)领域融资事件共计31起,累计金额超7亿美元,折合人民币达50亿元,最高单笔融资金额为1.35亿美元。
    发表于 01-31 14:56 293次阅读
    2023年国外<b class='flag-5'>移动机器人</b>行业融资收购情况

    富唯智能机器人集成了协作机器人移动机器人和视觉引导技术

    富唯智能移动机器人是一款拥有自主导航能力和物料转移抓取功能的智能机器人,采用先进的无线通信技术和高精度传感器,能够实现自主导航和避障,完成生产线上的物料转运任务,并与其他设备实现无缝对接。此外,富唯
    的头像 发表于 01-17 11:58 432次阅读

    5个问题,洞悉自主移动机器人未来发展方向

    随着科技的日新月异,人类与机器人的互动将愈发频繁。从早晨在本地咖啡店里,协作机器人(cobot)为顾客精心冲泡咖啡,到在仓库中,自主移动机器人(AMR)自由穿梭各处拣选包裹。协作机器人
    的头像 发表于 01-09 08:30 687次阅读
    5个问题,洞悉自主<b class='flag-5'>移动机器人</b>未来发展方向

    移动机器人的组成和操作方法

    移动机器人到底是由哪些部分组成的呢,接下来我们就一起认识一下它。
    的头像 发表于 01-02 09:49 1709次阅读
    <b class='flag-5'>移动机器人</b>的组成和操作方法