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工業機器人控制器研究現狀

導讀控制器是工業機器人的三大核心零部件之一，也是工業機器人的大腦，它的好壞直接決定了機器人性能的優劣，因此，不管是ABB、KUKA，還是新松、新時達等國內外各大工業機器人供應商都不約而同地把控制器的主導權掌握在自己手中。工業機器人的發展目標，即開發滿足用戶需求的工業機器人系統集成技術、主機設計技術及關鍵零部件制造技術，突破一批核心技術和關鍵零部件，提升量大面廣主流產品的可靠性和穩定性指標，在重要工業制造領域推進工業機器人的規模化示范應用。作為全球最大的工業機器人市場，中國的工業機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，中國工業機器人產業也得到了長足的發展，根據相關統計資料顯示，2017年1-11月，中國工業機器人累計產量11.817萬臺，跟去年同比增長68.8%，是增長最快的產品之一。在此背景之下，工業機器人控制器也實現了爆發式增長。據預測，2017年機器人控制器市場規模達8.78億元。控制器、軟件與本體一樣，一般由機器人廠家自主設計研發。目前國外主流機器人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎上進行自主研發，各品牌機器人均有自己的控制系統與之匹配。因此，控制器的市場份額基本和機器人保持一致，國內企業控制器尚未形成市場競爭優勢。工業機器人控制器研究現狀隨著微電子技術的快速發展，為處理器的性能越來越高，價格越來越便宜。高性價比的微處理器使得開發低成本、高性能的工業機器人控制器成為可能。為了保證系統具有足夠的計算與存儲能力，目前工業機器人控制器多采用計算能力較強的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機器人系統在價格、性能、集成度和接口等方面的要求，這就產生了工業機器人系統對SoC（SystemonChip）技術的需求，將特定的處理器與所需要的接口集成在一起，可簡化系統外圍電路的設計，縮小系統尺寸，并降低成本。目前國際上還沒有專用于工業機器人系統中的伺服通信總線，在實際應用過程中，通常根據系統需求，把常用的一些總線，如以太網、CAN、1394、SERCOS、USB、RS-485等用于工業機器人系統中。在控制器體系結構方面，其研究重點是功能劃分和功能之間信息交換的規范。在開放式控制器體系結構研究方面，有兩種基本結構，一種是基于硬件層次劃分的結構，該類型結構比較簡單，在日本，體系結構以硬件為基礎來劃分，如三菱重工株式會社將其生產的PA210可攜帶式通用智能臂式工業機器人的結構劃分為五層結構；另一種是基于功能劃分的結構，它將軟硬件一同考慮，其是工業機器人控制器體系結構研究和發展的方向。由于硬件大多都是外購，工業機器人供應商幾乎都能買到相同的硬件，而軟件往往就成為了工業機器人控制器的核心，大部分工業機器人供應商都有自己獨立的開發環境和工業機器人編程語言，很多大學在工業機器人開發環境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作，提供了很多開放源碼，可在部分工業機器人硬件結構下進行集成和控制操作，目前已在實驗室環境下進行了許多相關實驗。隨著工業機器人控制技術的發展，針對結構封閉的工業機器人控制器的缺陷，開發“具有開放式結構的模塊化、標準化工業機器人控制器”是當前工業機器人控制器的一個發展方向。下面我們來看看國內外各大工業機器人控制器品牌的現狀： ABB IRC5控制器是ABB研發的工業機器人控制器，由一個控制模塊和一個驅動模塊組成，可選增一個過程模塊以容納定制設備和接口，如點焊、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軸工業機器人外加伺服驅動工件定位器及類似設備。如需增加工業機器人的數量，只需為每臺新增工業機器人增裝一個驅動模塊，還可選擇安裝一個過程模塊，最多可控制四臺工業機器人在MultiMove模式下作業。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是庫卡開發的一個全新的、結構清晰且注重使用開放高效數據標準的系統架構，這個系統架構中集成的所有安全控制（Safety Control）、工業機器人控制（Robot Control）、運動控制（Motion Control）、邏輯控制（Logic Control）及工藝過程控制（Process Control）均擁有相同的數據基礎和基礎設施并可以對其進行智能化使用和分享。使系統具有最高性能、可升級性和靈活性。 KEBA KEBA并不是工業機器人生產商，是工業機器人控制器行業為數不多的非工業機器人生產商，他的產品是工業級伺服控制系統，能夠實現多自由度工業機器人的控制，該控制系統中通過VxWorks平臺或者Windows+RTX實時擴展平臺保證軟件運行環境的實時性，通過運動規劃和運動控制單元可以實現對總線式伺服驅動器的控制，從而達到對工業機器人的精確控制。 KeMotionr5000系列控制器是一套完整的面向多軸運動控制系統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，它們通過以太網或總線的形式與控制器連接，實現面向各種應用的搭配。控制系統軟件的核心部分是運行在控制器硬件平臺（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實時操作系統，這為系統的實時性和可靠性提供了一個基礎，同時也為應用軟件提供運行環境。發那科 FANUCRobotR-30iA是發那科研發的新一代工業機器人控制器，具有性能高，響應快，安全性能強等特點。作為唯一集成了視學功能的工業機器人控制器，將大量節約為實現柔性生產所需的周邊設備成本。基于FANUC自身軟件平臺研發的各種功能強大的點焊、涂膠、搬運等專用軟件，在使工業機器人的操作變得更加簡單的同時，也使系統具有徹底免疫計算機病毒的功能。安川安川開發的是基于PC開發的具有開放式結構、網絡功能的工業機器人控制器，2016年，安川還推出了配備人工智能的機器人控制，可自動設定焊接條件，高精度預測機器人主體的壽命等。將為啟動作業的效率化、縮短機械障礙時的停止時間做出貢獻。控制器內的AI可自行尋找最佳的焊接條件，反映至機器人的實際作業中。通常在焊接多個位置時需要設定不同的條件，新控制器中的設定工作部分實現了自動化。在焊接之外，還考慮在涂裝、加工等機械臂前端動作需要進行細微設定的用途領域應用。新松機器人新松是中國工業機器人的巨頭，其SIASUN-GRC機器人控制器具有自主版權、自主開發的實用化、商品化的機器人控制器，該機器人控制器設計合理、技術先進、性能優越、系統可靠、使用方便。采用交流伺服驅動，絕對碼盤檢測和大屏幕漢字示教編程盒等多項最新技術，形成了先進的高性能機器人控制系統。該系統的整體性能已達到國際先進水平，是國內第一個可商品化的機器人控制器，具有小批量生產能力。新時達憑借著在電氣控制領域、伺服器與控制器方面近20年的研發積累，新時達已掌握了機器人及運動控制技術，是國產機器人品牌里自主化率最高的公司之一。據悉，新時達機器人智能系統中的機器人本體、控制器、軟件系統、驅動控制系統均為自主研發。廣州數控在豐富的機床數控技術積累基礎上，廣州數控掌握了機器人控制器、伺服驅動、伺服電機的完全知識產權，其中GSK-RC是廣州數控自主研發生產，具有獨立知識產權的機器人控制器。華中數控華中數控早在1999年就開發出了華中I型機器人的控制系統，經過近20年的發展，在控制器、伺服驅動器和電機這三大核心部件領域均具備較大的技術優勢，CCR系列是華中數控自主要發的機器人控制系統。固高科技固高科技從2001年就開始研發四軸機器人控制器，2006年涉足六軸機器人控制器，是國內最早研究機器人控制器的企業之一，截止目前，固高控制系統涵蓋了從三軸到八軸各類型號機器人，其中技術難度最大的八軸機器人控制系統已經可以實現批量生產。匯川技術匯川技術憑借變頻器和伺服起家，從2013年擴展到控制器領域，2014年，匯川技術推出了基于EtherCAT總線的IMC100機器人控制器和IS620N總線型絕對值的機器人專用伺服系統，目前主要針對的市場包括小型六軸、小型SCARA和并聯機器人等新興應用領域。

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