工業機器人控制系統的開放體系結構分析

摘 要：工業機器人控制系統的運行性能直接影響著工業機器人在工業生產中的工作質量。隨著工業生產對工業機器人需求的增加，工業機器人的運行性能需要得到改進和完善，應該對其控制系統進行升級，合理地進行開放體系結構的設計。基于此，文章結合工業機器人控制系統的工作運行原理，從軟件構架、G代碼翻譯和圖形編程以及機器人仿真等方面入手，探討開放體系結構的設計方法。

關鍵詞：工業機器人;控制系統;開放體系結構

工業機器人作為一種智能化的生產設備，在工業領域得到了廣泛的應用，顯著提升了工業生產的工作效率。工業機器人的運行，主要是依靠控制系統進行指揮，根據控制系統發出的指令，執行相關的工作。對工業機器人的改進與升級，需要進一步完善其控制系統，提高其通用性、可靠性以及適應性。在智能化工業機器人控制系統的研發工作中，應用開放體系結構，并進行優化設計，進而達到提高其工作運行性能的目的。

1 ? ?工業機器人控制系統的工作運行原理

工業機器人在工業生產中，通過模仿人類動作，執行相應的工作，用于代替人力，進而減少工業生產中的人力投入。與人力相比，工業機器人的工作效率更高，能夠更加精細化地操作，減少失誤和差錯。人類在工作的過程中，相關動作是由大腦中樞神經系統支配，而在工業機器人的工作運行過程中，同樣是由“大腦”指揮。控制系統圍繞著工業生產的相關工作，發出相關指令，工業機器人則根據指令，執行相關動作。由此可見，控制系統是工業機器人的“核心”，其運行性能直接決定著工業機器人的生產能力及工作效率。工業機器人控制系統主要由執行機構、驅動機構、控制機構、傳感系統組成，在驅動機構、控制機構、傳感系統等機構的相互協調、配合下，執行機構能正確執行相關動作，并結合工業生產的實際需要，對運動姿態、運動速度、加速度進行控制，對規定的任務動作形成固有的記憶。在工業機器人控制系統中進行開放體系結構的設計，能夠進一步完善控制系統的功能，可以更加高效、精準地完成更為復雜的工作任務。

2 ? ?工業機器人控制系統的開放體系結構設計

2.1 ?軟件構架

工業機器人控制系統的開放體系結構設計，需要對軟件構架進行優化和完善。在ABB IRC5機器人控制系統軟件中，基本框架包括參數設置、手動控制（示教編程、G代碼編程、DXF圖形編程）、狀態監測、運動仿真、自動運行（運動學分析）、編程、手動控制、回零等。在參數設置中，主要包含手動控制軟件、運動學模型以及關節電機等方面。數據的管理和控制均由一個軟件來完成。在人機界面進行參數的修改與設置，啟動程序時，其可以自動讀取參數。工業機器人在工作運行過程中，需要人的手動控制。根據工業機器人工作運行的需要，進行控制模式、坐標以及速度模式的選擇。工業機器人運行故障的檢查和維護同樣需要手動控制[1]。

工業機器人在工作運行過程中，處于自動運行的狀態。在接收相關指令后，根據預先設置好的參數，自主開展工作，完成工業生產任務。在發布指令后，由雙向鏈表保存指令，啟動點位運動、空間直線、空間圓弧、暫停延時等程序，將集資領疏導至向量容器，進行速度前瞻，進入循環隊列，由運動控制卡應用程序編程接口（Application Programming Interface，API）發送線程。

2.2 ?G代碼翻譯和圖形編程

工業機器人控制系統實施詞法分析、語法分析等步驟，進行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。提取其中的某一個元素，經過語法分析，轉換為指令（內部控制），并保存在m_commandLigt中對最后一個元素進行分析。該過程中，如果出現錯誤提示，則要重新進行G代碼翻譯，更改提取命令行信息，選擇最后一個元素。

在圖形編程的過程中，主要針對DXF文件，具體包括標題段（文件基本信息：系統變量、文件設置）、類段（應用程度定義：符號表定義）、表段（符號表定義）、塊段（塊定義）、實體段（圖形實體和塊引用）、對象段（非圖形對象）等內容。在工業機器人的控制系統中，多項程序均支持DXF圖形編程，進行圖形信息交換，繪制點、線、樣條，將其作為作業路徑。

2.3 ?機器人仿真

在ABB IRC5機器人仿真系統中，應用仿真軟件RobotStudio繪制幾何圖形，設計機器人的外形、結構。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構大小臂、基座等多個部分。在建模的過程中，應用SolidWorks，并按照標準模板庫（Standard Template Library，STL）格式進行保存。在3Dmax中，將STL格式準換為ads格式。下載OpenGL庫，儲存對應文件，用于設置開發環境，為工業機器人控制系統的開放體系結構設計提供支持。設立PPicture Control組件，應用OpenGL進行初始化函數的設置，將DC，ads文件等導入作為初始化內容，進行函數的繪制。根據OpenGL中的平移變換函數（或旋轉變換函數）調整繪制內容，對機器人關節的相對運用進行設計[2]。

3 ? ?結語

為了提高工業機器人的運行性能，需要對其控制系統進行改進和升級，對開放體系結構進行設計。應用先進的技術手段，基于控制系統的軟件構架、機器人仿真等多個方面，通過G代碼翻譯和圖形編程，設計出功能完善、全面的工業機器人控制系統。未來將其投入到工業生產中，能夠顯著提升其工作效率。

[參考文獻]

[1]劉遠.工業機器人控制系統中PLC技術的應用[J].中國新通信，2020（3）：92.

[2]鮑寧.EtherCAT分布時鐘機制在工業機器人控制系統中的應用[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自動化控制。