探究分布式控制系統(tǒng)在工業(yè)機器人中的應用

金亮

（遼寧石化職業(yè)技術學院自動化系，遼寧 錦州 121001）

0 引言

隨著信息技術的快速發(fā)展，工業(yè)機器人技術或將成為未來科學技術研究的主流方向。在各行各業(yè)的日常生產和發(fā)展過程中，都可以嘗試運用機器人技術來進行工作效率的提升和工作質量的完善。沒有信息技術發(fā)展基礎下的機器人技術不僅擁有超高的信息處理能力，還擁有較高的智能化水平，能夠在更廣闊的領域發(fā)揮較為明顯的作用。而分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人或將成為未來工業(yè)機器人發(fā)展的一個重大方向。

1 工業(yè)機器人概述

作為目前投入工業(yè)生產使用當中的工業(yè)機器人大多數負責一些低技術含量高重復率的工作，這些工作過于單調乏味，倘若使用人力資源，需要消耗過高的成本。但倘若使用工業(yè)機器人，則能夠在控制成本的基礎上，提升日常的工作效率。大多數工業(yè)機器人的工作條件都較為惡劣，這些惡劣的工作環(huán)境很可能會給工作人員帶來身體健康方面的危險，但如果用工業(yè)機器人代替人力進行惡劣環(huán)境下的工作，則能夠在一定程度上提升工作人員身體健康方面的保障。現(xiàn)階段所使用的工業(yè)機器人是一種全電動的空間關節(jié)型機器人這種機器人。通常由三個重要的部分組成，其中決定機器人性能的是本體部分，它需要負責完成工業(yè)生產方面的主要操作，因此工作人員在進行機器人驅動和監(jiān)控的過程中，需要對機器人的本體進行必要的操作[1-2]。

在傳統(tǒng)的機器人構建與設計過程中一些關鍵性的關節(jié)和位置通常都是以混合控制和集中控制的方式來進行設計，但這樣的設計很難滿足工業(yè)生產的需求，很難讓機器人使用類人的姿勢進行相應的工業(yè)生產，為此有關技術研究者嘗試采用分布式控制結構或主從式控制結構來取代原有的控制方法和理念，進行關鍵關節(jié)的組裝設計。結果證明相比較混合控制或集中控制理念而言，分布式控制結構的確能夠讓機器人的日常行動變得更為智能，因此現(xiàn)階段的機器人控制系統(tǒng)通常都會采用分布式結構來進行組裝設計。

2 進行控制系統(tǒng)的進一步優(yōu)化

為了讓分布式控制系統(tǒng)的工業(yè)機器人在日常的工業(yè)生產過程中發(fā)揮更大的作用，有關技術研究者嘗試進行控制系統(tǒng)的進一步優(yōu)化，下面將對優(yōu)化策略進行深入的分析與研究。

2.1 進行整體框架的優(yōu)化

實際上工業(yè)機器人日常所處的工作環(huán)境是十分惡劣的，并且會隨著時間的不斷推移而進行變化。因此分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人需要具有進行突發(fā)事件處理的能力，能夠及時通過感應模塊的相應數據傳輸來對外界環(huán)境進行必要的分析與監(jiān)測，通過程序指令來進行相對應動作的呈現(xiàn)，以便進行現(xiàn)階段所身處環(huán)境的準確應對，在這一過程中分布式控制系統(tǒng)需要為有關工業(yè)機器人進行三個功能模塊的區(qū)分，這三個功能模塊分別是動態(tài)數據處理模塊，驅動控制模塊和感應模塊。想要讓分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人，能夠合理的應對各種突發(fā)狀況和工作環(huán)境，這三個模塊缺一不可，但在傳統(tǒng)的機器人控制系統(tǒng)中，大部分技術人員會使用集中式的控制模式來進行相應控制功能的呈現(xiàn)，這些控制功能通過CPU集成的方式來進行運用，很容易在實際使用過程中出現(xiàn)系統(tǒng)延時或卡頓等現(xiàn)象，終影響到工業(yè)機器人的指令下達和行動呈現(xiàn)，有些技術人員為了提升CPU的性能，會嘗試進行機器人系統(tǒng)的成本投入，但就會其他限度的突破機器人系統(tǒng)的成本運算，且無法進一步的提升機器人系統(tǒng)的信息處理能力，也無法讓機器人的適應環(huán)境能力變得更為優(yōu)良。為此有關技術人員嘗試拋棄原本的集中式控制模式運用理念，采取分布式控制系統(tǒng)的運用方法，來進行相應驅動控制功能的轉移，這樣一來，機器人的綜合系統(tǒng)效能就能夠得到進一步的提升與完善[3-5]。

2.2 進行控制器結構的優(yōu)化

現(xiàn)階段所使用的工業(yè)機器人大多都是6關節(jié)工業(yè)機器人，為了使得其控制精度能夠得到進一步的提升，大部分五關節(jié)的工業(yè)機器人都會采用分布式控制系統(tǒng)，通過主機和接點機的合理配合運用來構建一個上下位機的二級結構。上位機通常會使用PC機的方式來進行中央系統(tǒng)的控制使得工作人員通過系統(tǒng)管理的方式來實現(xiàn)人機對話，并在故障發(fā)生的過程中進行各層級之間的協(xié)調和故障的進一步檢測，而下位機通常是由單片機組成。其中6個主要關節(jié)需要通過電機字符控制來進行關節(jié)運動的操控，只有如此，才能夠使得工業(yè)機器人能夠順利的完成工作人員所希望完成的控制任務。由于每個關節(jié)中都有微處理器來進行運動控制，因此相應工業(yè)機器人的工作速率和工作質量都能夠得到質的飛躍。需要注意的是，在機器人工作的過程中，控制系統(tǒng)需要控制周邊裝置，只有如此才能夠讓機器人與其進行協(xié)調的配合，為此技術人員嘗試在機器人內部安裝遙感信號系統(tǒng)，通過此來讓機器人與周邊的設備進行必要的連接，通過內部的傳感信號來進行有關數據的傳輸。需要注意的是主控系統(tǒng)和關節(jié)控制單元之間，需要通過教和系統(tǒng)的串行通訊來進行信息處理，只有如此，才能夠達到較為良好的信息處理效果。

2.3 進行關節(jié)伺服的優(yōu)化

工業(yè)機器人在日常的工作過程中，需要被關注的控制點有許多，譬如其動作順序，動作時間間隔等都是應當被有關技術人員所關注的點，只有進行相應位置和速度的精準控制，才能夠使得工業(yè)機器人在日常的工業(yè)生產中發(fā)揮較為良好的作用。通常情況下，六關節(jié)的機器人在進行驅動裝置運用的過程中，都會使用交流伺服電機來進行驅動。使用交流伺服電機意味著測速驅動和碼盤都被看作是一個整體，通過兩個碼道的位置信號來進行相應數據的傳輸。當然在進行關節(jié)字符的使用過程中，很可能會由于可逆計數器發(fā)生錯誤而導致最終的信息數據反饋遭到干擾。為了避免有關干擾現(xiàn)象的出現(xiàn)，在進行技術的過程中，應當嘗試進行時鐘脈沖的同步，只有如此才能夠使得工業(yè)機器人在運動過程中關節(jié)平滑性達到技術研究者的理想程度，使得機器人能夠完全代替人力來進行相應的工業(yè)生產和工業(yè)勞動。

2.4 進行軟件設計的優(yōu)化

工業(yè)機器人在工業(yè)生產過程中有不同的工作狀態(tài)，現(xiàn)階段所設計的工作狀態(tài)有4種，一種是歸零，一種是示教，還有編輯和再現(xiàn)。大部分工業(yè)機器人在進行軟件設計的過程中，技術工作人員都會采用模塊化的結構來進行相應的軟件設計，這種模塊化的設計結構能夠使得控制系統(tǒng)的可讀性得到進一步的改善，也能夠使得其易維護性得到進一步的提升與完善。在這一整個過程中，控制系統(tǒng)的軟件設計調試時間都能夠得到必要的縮短，與此同時，其功能又能夠得到進一步的拓展。在工業(yè)機器人的主控軟件設計過程中，工作人員試圖將主控軟件分為三個模塊來分別進行運用，這三個模塊是主模塊，功能模塊和任務模塊。

在工業(yè)機器人投入生產應用過程之前，有關工作人員需要對初始化模塊進行必要的編程，為系統(tǒng)開辟出一個適當的緩沖區(qū)，進行軟件標志的建立，在這一系列工作完成后，需要啟動自己模塊，對整個控制系統(tǒng)進行自我診斷和自我檢測。與此同時，有關技術人員還要嘗試進行歸零模塊的運用，讓工業(yè)機器人的主控單元向控制板發(fā)出指令使得所選的關鍵控制能夠歸零，這一整個過程需要通過內部傳感器來進行操作。除此之外，視角模塊的運用意味著用戶可以通過發(fā)布指令的方式來讓機器人根據指令進行相關的關節(jié)性動作，有關指令也需要通過關節(jié)控制板來進行信息的傳遞，如受用戶需要機器人進行有關關節(jié)活動狀態(tài)的記憶就需要通過關節(jié)控制板進行坐標位置的發(fā)送，然后通過編輯模塊中的關節(jié)空間坐標值來進行相應記憶程序的植入。而在再現(xiàn)模塊，工作人員需要使用控制系統(tǒng)，對機器人的生產作業(yè)動作進行必要的規(guī)范使其產生可行路徑，然后通過其工業(yè)生產的具體操作來進行有關路徑的再現(xiàn)，使得機器人以更為智能的方法來進行有關信息任務的處理。

3 其他方面的改進措施分析

與此同時，有關技術人員還需要進行示教系統(tǒng)軟件的運用，在給示教和系統(tǒng)軟件充上電后，需要對硬件進行初始化操作，然后通過顯示的主菜單進行進一步的操作通過在示教盒中進行生產作業(yè)要求的收入來讓機器人接受有關指令進行相應的動作。在進行分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人運用過程中，需要設立固定的工作崗位，進行工業(yè)機器人運用的質量和狀態(tài)的監(jiān)督，對其中仍然存在的，急需改進的問題進行相應的記錄。只有如此才能夠使得未來分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人生產建設，更符合工業(yè)生產的期待，也只有如此，才能夠使得工業(yè)機器人的日常生產能夠切實提升生產效率和生產質量。這是未來分布式控制系統(tǒng)下工業(yè)機器人設計技術創(chuàng)新的發(fā)展方向[6]。

4 結語

總而言之，相比于傳統(tǒng)的工業(yè)設備，工業(yè)機器人有眾多優(yōu)勢，智能化、易操作易管理、效率高、安全性能高、經濟效益高等顯著優(yōu)勢。分布式控制系統(tǒng)下的工業(yè)機器人技術將會是未來工業(yè)生產中的主力軍，不論是技術研發(fā)者還是一線工業(yè)生產工作人員都需要對此技術引起足夠的重視，嘗試進行機器人工業(yè)生產的常態(tài)化操作訓練，以期能夠使得未來我國的工業(yè)生產迸發(fā)出新的活力。