基于SMP 運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核的機(jī)器人控制系統(tǒng)

1 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展， 普通的人工勞動(dòng)力已經(jīng)不適合強(qiáng)度高、環(huán)境惡劣的工作要求。而隨著機(jī)器人制造水平的提高， 具有高效率、質(zhì)量穩(wěn)定、通用性強(qiáng)的機(jī)器人已經(jīng)受到越來越多的青睞， 并被廣泛應(yīng)用到柔性制造生產(chǎn)線上。目前， 工業(yè)生產(chǎn)中的搬運(yùn)、焊接、噴涂等繁重工作已經(jīng)逐漸被機(jī)器人所取代， 此外， 特種機(jī)器人在深海探測、消防救災(zāi)等領(lǐng)域也得到應(yīng)用［1］。早在20 世紀(jì)70 年代， 國外一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機(jī)器人就進(jìn)入了實(shí)用化的階段。經(jīng)過30 多年的研究應(yīng)用與改進(jìn)， 目前無論在技術(shù)水平方面還是裝備數(shù)量上， 以日本和德國為代表的少數(shù)幾個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國家都具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)［1］。如瑞典的ABB、日本的川崎重工、德國的KUKA等。我國“863” 計(jì)劃已經(jīng)將機(jī)器人的研究列入其中，開發(fā)具有良好穩(wěn)定性和實(shí)用性的機(jī)器人也得到了企業(yè)的廣泛重視。本文主要介紹一種基于SMP 純軟件運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核的機(jī)器人控制系統(tǒng)以及它在焊接方面的實(shí)際應(yīng)用。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

SMP 系統(tǒng)是美國Soft ServoSystem 公司研發(fā)的基于PC 的純軟件運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核。SMP 軟件運(yùn)行在裝有Ardence＇s RTX 的Windows 系統(tǒng)下， 通過主計(jì)算機(jī)的CPU 運(yùn)行實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)引擎， 具有閉環(huán)反饋、多軸插補(bǔ)、運(yùn)動(dòng)程序處理和PLC 邏輯運(yùn)算功能。可搭配VersioBus 光纖、Panasonic RTEX、Yaskawa MECHATROLINK、Mitsubishi SSCNET 和FXI－40等多種伺服通訊網(wǎng)絡(luò)［2］。本機(jī)器人控制系統(tǒng)選用FPA－200適配卡與松下A4N 系列伺服系統(tǒng)構(gòu)建系統(tǒng)的通訊平臺(tái)。

2．1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

SMP 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為Windows2000 ／XP， 硬件上使用普通PC 或者性能更加穩(wěn)定的IPC， 高速的CPU 內(nèi)核承擔(dān)純軟件方式的運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)和PLC 運(yùn)算， 并通過標(biāo)準(zhǔn)的PCI 插槽與FPA－200 建立總線通信， 經(jīng)由FPA－200 適配卡上面的網(wǎng)絡(luò)接口和光纖接口直接與A4N 伺服驅(qū)動(dòng)及I ／O 進(jìn)行連接。利用CPU 進(jìn)行純軟件運(yùn)算， 節(jié)省了獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)控制卡和PLC 設(shè)備， 有效地降低了硬件成本。通過FPA－200 的光纖接口， 可進(jìn)一步擴(kuò)展I ／O 模塊， 增加外圍設(shè)備輔助功能。整體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

2．2 SMP 軟件結(jié)構(gòu)

SMP 軟件的底層模塊包含三個(gè)可升級(jí)的實(shí)時(shí)引擎：PLC 引擎、SMP 引擎和SMP 運(yùn)動(dòng)解析器， 三個(gè)引擎相互循環(huán)配合完成運(yùn)動(dòng)控制的運(yùn)算。CPU 給予底層模塊最高優(yōu)先級(jí)待遇。SMP 的上層模塊則用于執(zhí)行SMP 控制器， 如程序的加載、參數(shù)的設(shè)定、文件的管理和用戶界面的運(yùn)行。利用Ardence RTX 對(duì)Windows 進(jìn)行實(shí)時(shí)性擴(kuò)展， SMP Real-Time DLL 中間鏈接層使上層模塊的應(yīng)用程序可實(shí)時(shí)調(diào)用和讀取底層模塊的運(yùn)動(dòng)引擎數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)信息［2］。