摘 要：工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的運(yùn)行性能直接影響著工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的工作質(zhì)量。隨著工業(yè)生產(chǎn)對工業(yè)機(jī)器人需求的增加，工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行性能需要得到改進(jìn)和完善，應(yīng)該對其控制系統(tǒng)進(jìn)行升級，合理地進(jìn)行開放體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)?；诖?，文章結(jié)合工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的工作運(yùn)行原理，從軟件構(gòu)架、G代碼翻譯和圖形編程以及機(jī)器人仿真等方面入手，探討開放體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;控制系統(tǒng);開放體系結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人作為一種智能化的生產(chǎn)設(shè)備，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，顯著提升了工業(yè)生產(chǎn)的工作效率。工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行，主要是依靠控制系統(tǒng)進(jìn)行指揮，根據(jù)控制系統(tǒng)發(fā)出的指令，執(zhí)行相關(guān)的工作。對工業(yè)機(jī)器人的改進(jìn)與升級，需要進(jìn)一步完善其控制系統(tǒng)，提高其通用性、可靠性以及適應(yīng)性。在智能化工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的研發(fā)工作中，應(yīng)用開放體系結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而達(dá)到提高其工作運(yùn)行性能的目的。

1 ? ?工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的工作運(yùn)行原理

工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中，通過模仿人類動(dòng)作，執(zhí)行相應(yīng)的工作，用于代替人力，進(jìn)而減少工業(yè)生產(chǎn)中的人力投入。與人力相比，工業(yè)機(jī)器人的工作效率更高，能夠更加精細(xì)化地操作，減少失誤和差錯(cuò)。人類在工作的過程中，相關(guān)動(dòng)作是由大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)支配，而在工業(yè)機(jī)器人的工作運(yùn)行過程中，同樣是由“大腦”指揮?？刂葡到y(tǒng)圍繞著工業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)工作，發(fā)出相關(guān)指令，工業(yè)機(jī)器人則根據(jù)指令，執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作。由此可見，控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的“核心”，其運(yùn)行性能直接決定著工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)能力及工作效率。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、傳感系統(tǒng)組成，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、傳感系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)的相互協(xié)調(diào)、配合下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)能正確執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作，并結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要，對運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)速度、加速度進(jìn)行控制，對規(guī)定的任務(wù)動(dòng)作形成固有的記憶。在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中進(jìn)行開放體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠進(jìn)一步完善控制系統(tǒng)的功能，可以更加高效、精準(zhǔn)地完成更為復(fù)雜的工作任務(wù)。

2 ? ?工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的開放體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 ?軟件構(gòu)架

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的開放體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要對軟件構(gòu)架進(jìn)行優(yōu)化和完善。在ABB IRC5機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件中，基本框架包括參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)控制（示教編程、G代碼編程、DXF圖形編程）、狀態(tài)監(jiān)測、運(yùn)動(dòng)仿真、自動(dòng)運(yùn)行（運(yùn)動(dòng)學(xué)分析）、編程、手動(dòng)控制、回零等。在參數(shù)設(shè)置中，主要包含手動(dòng)控制軟件、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型以及關(guān)節(jié)電機(jī)等方面。數(shù)據(jù)的管理和控制均由一個(gè)軟件來完成。在人機(jī)界面進(jìn)行參數(shù)的修改與設(shè)置，啟動(dòng)程序時(shí)，其可以自動(dòng)讀取參數(shù)。工業(yè)機(jī)器人在工作運(yùn)行過程中，需要人的手動(dòng)控制。根據(jù)工業(yè)機(jī)器人工作運(yùn)行的需要，進(jìn)行控制模式、坐標(biāo)以及速度模式的選擇。工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行故障的檢查和維護(hù)同樣需要手動(dòng)控制[1]。

工業(yè)機(jī)器人在工作運(yùn)行過程中，處于自動(dòng)運(yùn)行的狀態(tài)。在接收相關(guān)指令后，根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的參數(shù)，自主開展工作，完成工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。在發(fā)布指令后，由雙向鏈表保存指令，啟動(dòng)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)、空間直線、空間圓弧、暫停延時(shí)等程序，將集資領(lǐng)疏導(dǎo)至向量容器，進(jìn)行速度前瞻，進(jìn)入循環(huán)隊(duì)列，由運(yùn)動(dòng)控制卡應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API）發(fā)送線程。

2.2 ?G代碼翻譯和圖形編程

工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)施詞法分析、語法分析等步驟，進(jìn)行G代碼的翻譯。編輯G代碼程序，提取命令行信息，保存在m_VecGCode中。提取其中的某一個(gè)元素，經(jīng)過語法分析，轉(zhuǎn)換為指令（內(nèi)部控制），并保存在m_commandLigt中對最后一個(gè)元素進(jìn)行分析。該過程中，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，則要重新進(jìn)行G代碼翻譯，更改提取命令行信息，選擇最后一個(gè)元素。

在圖形編程的過程中，主要針對DXF文件，具體包括標(biāo)題段（文件基本信息：系統(tǒng)變量、文件設(shè)置）、類段（應(yīng)用程度定義：符號表定義）、表段（符號表定義）、塊段（塊定義）、實(shí)體段（圖形實(shí)體和塊引用）、對象段（非圖形對象）等內(nèi)容。在工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)中，多項(xiàng)程序均支持DXF圖形編程，進(jìn)行圖形信息交換，繪制點(diǎn)、線、樣條，將其作為作業(yè)路徑。

2.3 ?機(jī)器人仿真

在ABB IRC5機(jī)器人仿真系統(tǒng)中，應(yīng)用仿真軟件RobotStudio繪制幾何圖形，設(shè)計(jì)機(jī)器人的外形、結(jié)構(gòu)。通過SolidWorks建模、3Dmax渲染，解析文件模塊，完成三維圖形繪制。分解建模操作具體包括結(jié)構(gòu)大小臂、基座等多個(gè)部分。在建模的過程中，應(yīng)用SolidWorks，并按照標(biāo)準(zhǔn)模板庫（Standard Template Library，STL）格式進(jìn)行保存。在3Dmax中，將STL格式準(zhǔn)換為ads格式。下載OpenGL庫，儲(chǔ)存對應(yīng)文件，用于設(shè)置開發(fā)環(huán)境，為工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的開放體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供支持。設(shè)立PPicture Control組件，應(yīng)用OpenGL進(jìn)行初始化函數(shù)的設(shè)置，將DC，ads文件等導(dǎo)入作為初始化內(nèi)容，進(jìn)行函數(shù)的繪制。根據(jù)OpenGL中的平移變換函數(shù)（或旋轉(zhuǎn)變換函數(shù)）調(diào)整繪制內(nèi)容，對機(jī)器人關(guān)節(jié)的相對運(yùn)用進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]。

3 ? ?結(jié)語

為了提高工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行性能，需要對其控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和升級，對開放體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段，基于控制系統(tǒng)的軟件構(gòu)架、機(jī)器人仿真等多個(gè)方面，通過G代碼翻譯和圖形編程，設(shè)計(jì)出功能完善、全面的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)。未來將其投入到工業(yè)生產(chǎn)中，能夠顯著提升其工作效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉遠(yuǎn).工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中PLC技術(shù)的應(yīng)用[J].中國新通信，2020（3）：92.

[2]鮑寧.EtherCAT分布時(shí)鐘機(jī)制在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技視界，2019（27）：33-34，36.

作者簡介：徐敏（1988— ），女，重慶人，講師，碩士;研究方向：PLC自動(dòng)化控制。