【机器人】关于工业机器人控制系统，这几方面内容你必须掌握；中国3C电子智造行业优秀的机器人供应商推荐.....
时间：2023-09-04 14:37:02
机器人控制系统是什么？
如果只有感官和肌肉，人的四肢仍然不能移动。一方面，感官信号没有器官接收和处理，另一方面，没有器官发出神经信号，导致肌肉收缩或放松。同样，如果机器人只有传感器和驱动器，机械臂就不能正常工作。原因是传感器输出的信号不起作用，驱动电机无法获得驱动电压和电流，因此机器人需要一个由硬件块和软件组成的控制系统。
机器人控制系统的功能是接收传感器的检测信号。根据操作任务的要求，驱动机械臂中的每台电机，就像我们的活动需要依靠自己的感官一样，机器人的运动控制离不开传感器。机器人需要用传感器检测各种状态。机器人映机械臂关节的实际运动状态，用于检测工作环境的变化。
因此，机器人的神经和大脑可以结合成一个完整的机器人控制系统。
机器人的运动控制系统包括哪些方面？
执行机构----伺服电机或步进电机；
驱动机构----伺服或步进驱动；
控制机构----运动控制器，做路径与电机联动的算法操作控制；
控制方式----如果有固定执行动作模式，则向运动控制器编制固定参数程序；
若有视觉系统或其它传感器，根据传感器信号，将不固定参数的程序编制到运动控制器上。
机器人控制系统的基本功能
1.控制机械臂末端执行器的运动位置（即控制末端执行器经过的点和移动路径）；
2.控制机械臂的运动姿态（即控制相邻两个活动构件的相对位置）；
3.控制运动速度（即控制末端执行器运动位置随时间变化的规律）；
4.控制运动加速度（即控制末端执行器在运动过程中的速度变化）；
5.控制机械臂中各动力关节的输出转矩：（即控制对操作对象施加的作用力）；
6.具备操作方便的人机交互功能，机器人通过记忆和再现来完成规定的任务；
7.使机器人对外部环境有检测和感觉功能。工业机器人配备视觉、力觉、触觉等传感器进行测量、识别，判断作业条件的变化。
工业机器人控制系统
1、工业机器人控制系统硬件结构
控制器是机器人系统的核心，国外有关公司对我国实行严密封锁。近年来随着微电子技术的发展，微处理器的性能越来越高，而价格则越来越便宜，目前市场上已经出现了1-2美金的32位微处理器。高性价比的微处理器为机器人控制器带来了新的发展机遇，使开发低成本、高性能的机器人控制器成为可能。为了保证系统具有足够的计算与存储能力，目前机器人控制器多采用计算能力较强的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片组成。
此外，由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全满足某些机器人系统在价格、性能、集成度和接口等方面的要求，这就产生了机器人系统对SoC（Systemon Chip）技术的需求，将特定的处理器与所需要的接口集成在一起，可简化系统外围电路的设计，缩小系统尺寸，并降低成本。
例如，Actel公司将NEOS或ARM7的处理器内核集成在其FPGA产品上，形成了一个完整的SoC系统。在机器人运动控制器方面，其研究主要集中在美国和日本，并有成熟的产品，如美国DELTATAU公司、日本朋立株式会社等。其运动控制器以DSP技术为核心，采用基于PC的开放式结构。
2、工业机器人控制系统体系结构
在控制器体系结构方面，其研究重点是功能划分和功能之间信息交换的规范。在开放式控制器体系结构研究方面，有两种基本结构，一种是基于硬件层次划分的结构，该类型结构比较简单，在日本，体系结构以硬件为基础来划分，如三菱重工株式会社将其生产的PA210可携带式通用智能臂式机器人的结构划分为五层结构；另一种是基于功能划分的结构，它将软硬件一同考虑，其是机器人控制器体系结构研究和发展的方向。
3、控制软件开发环境
在机器人软件开发环境方面，一般工业机器人公司都有自己独立的开发环境和独立的机器人编程语言，如日本Motoman公司、德国KUKA公司、美国的Adept公司、瑞典的ABB公司等。
很多大学在机器人开发环境(Robot Development Environment)方面已有大量研究工作，提供了很多开放源码，可在部分机器人硬件结构下进行集成和控制操作，目前已在实验室环境下进行了许多相关实验。国内外现有的机器人系统开发环境有Team Bots，v.2.0e、ARIA，V.2.4.1、Player/Stage，v.1.6.5.1.6.2、Pyro.v.4.6.0、CARMEN.v.1.1.1、Mission Lab.v.6.0、ADE.V.1.0beta、Miro.v.CVS-March17.2006、MARIE.V.0.4.0、Flow Designer.v.0.9.0、Robot Flow.v.0.2.6等等。
从机器人产业发展来看，对机器人软件开发环境有两方面的需求。一方面是来自机器人最终用户，他们不仅使用机器人，而且希望能够通过编程的方式赋予机器人更多的功能，这种编程往往是采用可视化编程语言实现的，如乐高Mind Storms NXT的图形化编程环境和微软Robotics Studio提供的可视化编程环境。
4、机器人专用操作系统
（1）VxWorks，VxWorks操作系统是美国Wind River公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS），是Tornado嵌入式开发环境的关键组成部分。VxWorks具有可裁剪微内核结构；高效的任务管理；灵活的任务间通信；微秒级的中断处理；支持POSIX1003．1b实时扩展标准；支持多种物理介质及标准的、完整的TCP/IP网络协议等。
（2）Windows CE，Windows CE与Windows系列有较好的兼容性，无疑是WindowsCE推广的一大优势。WindowsCE为建立针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台，它能在多种处理器体系结构上运行，并且通常适用于那些对内存占用空间具有一定限制的设备。
（3）嵌入式Linux，由于其源代码公开，人们可以任意修改，以满足自己的应用。其中大部分都遵从GPL，是开放源代码和免费的。可以稍加修改后应用于用户自己的系统。有庞大的开发人员群体，无需专门的人才，只要懂Unix/Linux和C语言即可。支持的硬件数量庞大。嵌入式Linux和普通Linux并无本质区别，PC上用到的硬件嵌入式Linux几乎都支持。而且各种硬件的驱动程序源代码都可以得到，为用户编写自己专有硬件的驱动程序带来很大方便。
（4）μC/OS-Ⅱ，μC/OS-Ⅱ是着名的源代码公开的实时内核，是专为嵌入式应用设计的，可用于8位，16位和32位单片机或数字信号处理器（DSP）。它的主要特点是公开源代码、可移植性好、可固化、可裁剪性、占先式内核、可确定性等。
（5）DSP/BIOS，DSP/BIOS是TI公司特别为其TMS320C6000TM，TMS320C5000TM和TMS320C28xTM系列DSP平台所设计开发的一个尺寸可裁剪的实时多任务操作系统内核，是TI公司的CodeComposerStudioTM开发工具的组成部分之一。DSP/BIOS主要由三部分组成：多线程实时内核；实时分析工具；芯片支持库。利用实时操作系统开发程序，可以方便快速的开发复杂的DSP程序。
5、机器人伺服通信总线技术
目前国际上还没有专用于机器人系统中的伺服通信总线，在实际应用过程中，通常根据系统需求，把常用的一些总线，如以太网、CAN、1394、SERCOS、USB、RS-485等用于机器人系统中。当前大部分通信控制总线可以归纳为两类，即基于RS-485和线驱动技术的串行总线技术和基于实时工业以太网的高速串行总线技术。
智能机器人控制系统
1.开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。
2.模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求，对应不同层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。
3.机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。
4.网络化机器人控制器技术：目前机器人的应用工程由单台机器人工作站向机器人生产线发展，机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯，便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。
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来源：全球智造
中国3C电子智造行业优秀的机器人供应商推荐
《中国3C电子智造优秀机器人供应商甄选专题》将以中国3C电子行业机器人本体企业为主体，分设小六轴机器人类、直角坐标机器人类、SCARA机器人类、DELTA机器人类、AGV搬运机器人类等五大类（每类3家企业），特别甄选出15家优秀的、有代表性的机器人供应商，为3C电子行业的自动化发展提供更多详细的资料和依据。
现阶段，我国3C电子行业的机器人应用已经呈现出燎原之势，国产机器人产品虽然在特定的技术和精度上需要不断完善，但在整体应用和满足基本需求的电子车间，完全体现出了国产力量的强大，尤其是部分类别的机器人领域，如AGV搬运机器人基本都是国产产品的强势所在，未来，我们愿意继续为国产工业机器人在新兴的3C电子领域发声，也将报道3C电子应用终端对国产机器人最直接的诉求。
类别 |
企业名称 |
机器人情况 |
小六轴机器人 |
拓斯达 |
上市企业，系统集成＋ 本体制造 + 软件开发三位一体的工业机器人生态系统和整体自动化解决方案。 |
珞石机器人 |
总部位于北京，专注于轻量级小六轴工业机器人，目前已建成年产2000台的基地。 |
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天太机器人 |
自主开发产品有SCARA、六轴、并联、码垛等多种工业机器人及谐波减速机，打造中小企业用得起的机器人。 |
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直角坐标机器人 |
东佑达 |
台湾品牌，成立于2000年，滑台销售数量累计超过30万台。除了标准产品ETH系列，力推新产品GTH内嵌式导轨滑台。 |
威洛博 |
已形成单轴机械手、多轴机械手、多轴控制器和水平多关节机器人四大产品线，2017年推出了新品：电动手爪，电动对位转台，电动模组/滑台、旋转R轴。 |
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银光 |
2018年将推出IX系列导轨嵌入式一体型电缸、IK系列高速电缸、IM系列直线电机、RC系列点位控制型单轴机器人控制系统等新产品。 |
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SCARA机器人 |
众为兴 |
成立于 2002 年，是国内运动控制知名品牌，拥有六自由度工业机器人系列产品、SCARA系列产品、机器人专用控制器、机器人专用伺服驱动器及驱控一体机等。 |
台湾品牌，采用高弹性、高整合性的台达SCARA工业机器人，以及外围自动化零件。 |
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天太机器人 |
专注轻负载多关节工业机器人细分市场领域，努力打造中小企业用得起的工业机器人。是小家电智能集成制造设备的重点供应商。 |
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DELTA机器人 |
翼菲 |
模块化结构的并联机器人更满足于精密紧凑的作业环境。主打产品迅翼并联机器人应用广泛，2017推出新品“猎豹”并联机器人。 |
大族机器人 |
大族激光子公司，目前并联机器人销售数百台，配合大族自主的伺服驱动和控制系统、视觉系统，末端的定位精度达到了±0.1mm。 |
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若贝特 |
与哈工大研究所合作，目前只做并联机器人一种产品，工作速度高达170次/分钟。 |
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AGV搬运机器人 |
新松 |
中国最早有产品应用落地的企业，也是中国目前最大的AGV公司，市场占有率和销售额都是业内领先，3C电子行业案例丰富。 |
艾吉威 |
成立于2004年，位于苏州，无反射板激光叉车AGV代表，自主知识产品的无反射板产品已有充分应用。 |
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南江 |
华丽家族子公司，核心技术在于自然无轨导航的iAGV产品和多机器人多平台协同调度系统，可以实现自动对接电梯。 |
表：3C电子行业五大类共15家优秀的国产工业机器人代表
小六轴顾名思义就是体积小，承载小，应用场景与六轴机器人不同的产品种类，近两年随之四大家族企业纷纷推出了小六轴，或者协作机器人，国产机器人企业纷纷效仿，雨后春笋。也在近两年成长起了一批这样的企业。
小型六轴机器人之所以受到重视，首先是由于3C行业机器人应用的爆发，据统计 目前3C行业的从业人数已超过1000万，其中30%被机器人替代，对小型机器人的需求将超过几百万台，相当于3千亿的市场规模。
与笨重的重负载六轴机器人相比较，小型六轴机器人因其灵活性和易安装的特点，非常适用于复杂环境的应用，也契合了3C产品多批量、小品种的特点。
从应用行业来讲，小六轴机器人最关注的是电子产品制造，也可以说他们的诞生就是瞄准3C产品。
拓斯达：智能制造系统综合服务商
广东拓斯达科技股份有限公司是一家创业板上市的智能制造综合服务商，专注于以工业机器人为核心的智能装备的研发、制造、销售，致力于打造系统集成＋ 本体制造 + 软件开发三位一体的工业机器人生态系统和整体自动化解决方案。
图：拓斯达工业机器人——TSR090-05
TSR090-05整机采用流线型设计，外观简洁美观。采用双臂对称架构，不易产生振动。此外，TSR090-05还采用世界领先的EtherCAT总线控制技术和高精度实时控制内核，使其具有可靠的稳定性；同时，将机器人运动控制算法集成在机器人控制软件，不再使用运动控制卡或者控制器作运动控制中介，使其极具性价比的成本优势；集成视觉定位和测量功能，机器人控制器和图像处理控制器集成在一个控制器上。
除此之外，还可以根据不同行业及客户要求定制特定加工工艺和加工控制人机界面，降低使用难度，提高生产效率。
目前，TSR090-05主要应用于注塑、陶瓷、电机制造、3c电子等行业领域内，客户群体主要有金霸电机、昆山丰武、卓晟科技、康铭盛、天益、欧希德等。
珞石机器人：国产轻量六轴机器人新秀
珞石(北京)科技有限公司成立于2015年，致力于成为业界领先的轻量型工业机器人供应商，提供包括工业机器人整机产品、协作型工业机器人控制系统以及智能制造解决方案。
珞石推出的XB系列轻量级六轴工业机器人支持高速伺服总线技术、支持视觉系统、支持离线编程、是国内首家获Profinet认证机器人企业，已经广泛应用于打磨、上下料、装配、分拣、质检等多个领域，客户包括法雷奥、步步高、海信、正扬电子、扬天科技等3C电子企业。
2017年，珞石科技在山东邹城建立了 2 万平米生产基地，集工业机器人的生产、组装、测试、售后、系统集成于一体，可满足年产量 2000 台的需求。为了应对3C行业的柔性化需求，珞石也在不断研发新的技术，目前已经实现了无传感器方式的拖动示教，即不需要加力矩传感器，通过控制驱动器的力矩环就能实现拖动示教。这项新研发的技术能够使得珞石机器人在成本上得到很好的控制。
图：珞石小六轴机器人XB7L
天太机器人：打造实用、用得起的工业机器人
广东天太机器人有限公司于2014 年注册成立，是专注于机器人本体及其核心零部件、集成智能产线研发与制造的高科技企业。天太自主研发产品包括：SCARA、六轴、并联、码垛等多种工业机器人及谐波减速机，拥有超过20项各类专利。
天太专注轻负载多关节工业机器人细分市场领域，努力打造中小企业用得起的工业机器人。同时，将多种行业的应用需求固化在本体及周边设备中，给集成商和终端用户提供了快速实施的解决方案，是小家电智能集成制造设备的重点供应商，已经在新宝股份、泰晶电子、步步高、东莞裕利、德奥股份等知名企业有突出成功案例。
天太六轴机器人是面向工业领域的六自由度的机器人，轻巧灵活、移动速度快、安装空间小、外观优美，适应各种复杂动作，专业解决多批次、小批量、高效率的制造难题。可应用于家电、汽车零件、电子元件、五金塑料行业、3C行业、通讯产品、各种精密生产线等。
图：天太六轴机器人应用场景
说起直角坐标型机器人，即使是行业内也鲜少被提及和报道。但实际上，这种“不起眼”又鲜少被提及的直角坐标型机器人在中国工业机器人市场上已经占据较大比重。
直角坐标型机器人又称单轴机械手，工业机械臂，电缸等，是以XYZ直角坐标系统为基本数学模型，以伺服电机、步进电机为驱动的单轴机械臂为基本工作单元，以滚珠丝杆、同步皮带、齿轮齿条为常用的传动方式所架构起来的机器人系统，可以完成在XYZ三维坐标系中任意一点的到达和遵循可控的运动轨迹。
相对于关节型机器人而言，直角坐标型机器人不仅结构简单，而且成本低廉。直角坐标型组合方式灵活多样，可以组装成单轴到多轴的机械手，如龙门式、悬臂式、壁挂式等，也可根据不同的负载、行程、功能及特殊空间要求，为客户订制所需求产品。同时，X、Y、Z三轴基础上可以扩展旋转轴和翻转轴，构成五自由度和六自由度机器人，或者作为专业自动化机械中的直线定位系统。
直角坐标型机器人因末端操作工具的不同，可以非常方便的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上下料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、（软仿型）喷涂、目标跟随、排爆等一系列工作。应用对象涉及电子、机械、汽车、食品等诸多行业。
东佑达：销售30万台滑台 力推内嵌式导轨滑台新品
TOYO东佑达公司于2000年在台湾成立，并先后在深圳、苏州成立分公司，至今17年的经营时间里，滑台销售数量累计超过30万台。TOYO东佑达一方面可以为客户提供标准的滑台产品（如ETH系列），另一方面力推新产品GTH内嵌式导轨滑台。
内嵌式导轨滑台体积更小，结构有着革命性更新，轨道内嵌使得刚性上大幅提升，且使用成本更低；第二，以往的组装都要做拆盖动作，内嵌式导轨滑台可以直接从两个方向锁付，方便快捷。此外，最大的亮点在于自有控制技术，可以让使用者更简单的操作，省去客户自行选择电机驱动器及调整的时间。
目前，TOYO东佑达的滑台应用范畴主要围绕在苹果供应链、新能源汽车、手机制造、光伏、医疗、面板等行业，客户群体包括富士康、华为、京东方、比亚迪、大族激光、ATL、BOE、TPK、华大基因、捷普绿点等。
图：TOYO东佑达的ETH系列滑台
图：TOYO东佑达的内嵌式导轨滑台
威洛博：电动新品与模块化设计增强竞争力
深圳威洛博机器人公司成立于2007年，是一家专注于线性机器人及模块化标准件的研发、生产、销售及服务为一体的国家高新技术企业。威洛博机器人市场主要应用手机制造、锂电池制造、激光应用、太阳能制造等轻工业自动化装备行业。
目前，威洛博已形成单轴机械手、多轴机械手、多轴控制器和水平多关节机器人四大产品线，其单轴和多轴直角坐标机械手包含无尘环境、一般环境和滚珠丝杠、同步带驱动型的不同组合，可以满足电子、食品等行业大部分用途。
围绕着用户的需求，威洛博2017年推出了新品：电动手爪，电动对位转台，电动模组/滑台、旋转R轴。新品能够在很大程度上替换原来气动产品，解决气动产品在应用上的局限性，将进一步提升自动装备的效率和投资回报率。此外，威洛博成功的将模块化设计引入产品的应用之中。通过基础件、组件、部件等全方位的模块化设计和生产，降低成本的同时，极大的提高了产品的便捷性和自动装备的设计效率。
图：威洛博新品—电动气爪
