機器人與獨立變位機的協同控制研究與實現

張文明+董志海

摘 要：隨著機器人應用技術的廣泛與先進的技能的開始，機器人在組裝，焊接，噴涂等工作中也是越走越遠，越來越精密的機器使得其內部的零件也隨之越來越復雜，獨立變位機的應用也越來越廣泛，機器人與獨立變位機結合，也廣泛應用于工業、農業、教育事業、醫療事業等眾多領域。

關鍵詞：機器人；獨立變位機；協同控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.213

1 前言

隨著時代的進步，機器人應用的領域越來越廣泛，現在，為人類服務的機器人不僅越來越智能，而且可應用的程序也越來越多，機器人躋身于工業生產工作中已經不是什么新鮮事，而獨立變位機隨著機器人在工業當中應用也越來越普及，已經成為了自動化生產中不可分割的一部分，隨著獨立變位機的各項功能快速發展，也大大拓展了機器人在工業工作中的靈活性和多變性。

2 機器人與獨立變位機概述

（1）隨著機器人越來越多的應用于焊接、噴涂、組裝等工業領域，相關零件的復雜程度和精密程度日益提升，使獨立變位機的使用率也與日俱增，機器人與變位機協調工作的方式主要有兩種，一種是分步驟運動模式，一般應用場合主要在機器人和獨立變位機不需要協調工作和運動的情況；另一種模式叫做同步運動模式，這種應用模式通常要求兩者同步聯動。本文主要討論的是第二種模式，獨立變位機與機器人的協同控制研究與實現。

（2）機器人控制系統是一個相對來說比較復雜的系統，而獨立變位機也有著自己獨立工作的各項靈活程序，兩相比較之下，機器人和獨立變位機在工作中都有著自己得天獨厚的優勢，如果能將獨立變位機和機器人完善的結合在一起的話，就能在教育事業，工業，農業，建筑業，甚至是未來的環保事業中大展拳腳，機器人在工作方面有著自己獨特的優勢，尤其是智能機器人，在工作中可以很好地處理應急事件，可以很好地彌補獨立變位機非智能的不足，而獨立變位機有著精密的工作精準性，可以把復雜的系統分解成若干個便于處理的小模塊，每個機器人的小模塊都在外部的獨立變位機上對應一個簡單的小接口，忽略或在某種程度上簡化內部行為，這方面的研究工作都集中于定義一個與現實平臺相關的基本程序當中。在機器人龐大的數據庫中，難免會出現一些誤差，如果機器人能熟練應用獨立變位機的精準性來工作，那么就能很好地把這一誤區避免掉。

3 機器人與獨立變位機的協同控制研究與實現

（1）首先，商品化的機器人系統大多采用封閉結構的專用控制器，而上層主控計算機通常采用的都是較為專業性的計算機，離線編程工具使用的也是專業機器人語言，采用專業控制器進行伺服控制，并將控制算法固定在CPU中，這種封閉系統一旦在工作中出現故障或者誤差，很難進行修改或者修復，另外，商品化的機器人沒有聯網功能，然而現代化發展核對機器人的研究以及控制器開放的要求越來越迫切，也逐漸成為了研究的熱點，目前，針對開放式機器人已有的研究工作主要集中在機器人結構的定位，實現系統部件的模塊化以及接口的標準化，提高軟件代碼的復用性，效率。可維護性、正確率以及程序的易讀性，為使用者提供更加方便的語言描述和任務指令，以及程環境等方面。局限于“專用機器人，專用機器人語言，專用微處理器”等封閉式結構的方面，封閉的控制器結構時期具有特定的功能，適用于特定環境，不便于對系統進行拓展和改進，例如，商品化的機器人控制器是不被開放的，使用者很難根據自己的需要對程序以及指令進行修改和擴充內容。

（2）在這樣的機器人程序前提下，很難就機器人與獨立變位機的合作協調工作與應用進行發展，固定的指令模式使機器人不能很好地協調獨立變位機工作，各個領域的工作都不一樣，使用者或者使用單位很難根據自己單位工作的特殊性來對機器人的固定指令進行更改和增加內容，以及設置某項相關功能，而獨立變位機又是高精尖的精密儀器，在工作中不能容許一星半點的差錯，如果機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，信號干擾或者雷電干擾下發生了偏差或者改變，那么獨立變位機將會與指令錯誤的機器人來協調工作，如果遇到特殊單位的特殊工種，如爆破，液化氣廠等，這些偏差關系到整個工作的質量和進度，甚至是工作人員的生命財產安全。而只單方面的要求改變機器人封閉的指令程序和相關程序是不夠的，還需要在獨立變位機本身采取一系列相應措施，安全第一，生產第二，獨立變位機應該在出現相關緊急情況的時候能夠自動的把機器人的錯誤指令關掉，或者自發觸動警報系統，讓整體工作的主導性和主體地位不完全放在機器人身上，相互協調工作應該像人類互相協調工作一樣，一方一旦出現問題或者錯誤，另一方堅決不能視而不見。

（3）這樣一來就需要開放機器人的實現了，如果能實現開放性機器人，用戶只要能夠在遵守相關原則的前提下按照自己的需求來更改指令，知道機器人工作，然后機器人就能隨時和獨立變位機來協調相關工作了；目前開放式機器人控制器硬件平臺大致可以分為兩類：一類是基于電腦總線系統和基于VME總線的系統，電腦總線系統具有一系列的有點，譬如成本低，開放性好，完善的軟件開發環境和豐富的軟件資源以及龐大的數據庫，還有良好的通訊功能，用戶基本可以通過這些方面來實現機器人和獨立變位機的協調工作，從目前來看，也是最適用于未來發展的。

4 結束語

獨立變位機和機器人的協調工作其實已經不只是人類的構想，我們完全有能力去實現它，去完善和應用它，這樣能夠在各個領域提高各項的整體發展水平，開放式的電腦能夠給機器人帶來不一樣的指令效果，不會故步自封，能夠和獨立變位機更加完善的協調工作。雖然機器人和獨立變位機協調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踐中探索和發展，為機器人和獨立變位機的工作提供更好地實時處理能力，提供方便的軟件開發環境等等，隨著這一系列問題的解決，機器人和獨立變位機的合作系統一定會取得良好的成果。

參考文獻：

[1]孫斌，楊汝清.開放式機器人控制器綜述[J].機器人，2013.

[2]周學才，李衛平，李強.開放式機器人及其通用控制系統[J].機器人，2014.

[3]范勇，譚民.機器人控制系統及其現狀[J].機器人，2013.

[4]孫迪生，王巖.機器人控制技術[J].機器人，2014.

[5]李開生，張慧慧等.機器人控制體系及其研究的發展[M].機器人，2015.

[6]徐華，賈培發.開放式及機器人控制軟件體系結構研究進展[J].機器人，2013.