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機器人控制系統的發展與展望

時間:2019-01-07來源:廣州樂行機器視覺設備技術有限公司瀏覽次數:

自從世界上第一臺遙控機械手誕生以來已經50年了。近幾年來,隨著計算機和自動控制理論的發展,工業生產的需要和相關技術的進步,發展經歷了三代:(1)可編程教學與再現機器人;(2)具有一定自主性的基于傳感器的控制機器人;(3)作為機器人的核心部分。機器人是影響機器人性能的關鍵部件之一,它在一定程度上影響著機器人的發展,目前,由于人工智能、計算機科學、傳感器技術等相關學科的巨大進步,機器人的研究在高水平上進行,同時對機器人的研究提出了更高的要求。針對機器人控制器的性能提出了電子元件。
    
     對于不同類型的機器人,如有腿和關節的步行機器人,控制系統的綜合方法有很大的不同,控制器的設計方案也有所不同。
    
     機器人控制器是根據指令和傳感信息控制機器人完成某些動作或任務的裝置。它是機器人的心臟,決定著機器人的性能。
    
     所謂的串行處理結構是指機器人的控制算法由串行計算機來處理,對于這種控制器,從計算機結構和控制方式上可以分為以下幾類。
    
     采用功能強大的計算機來實現所有的控制功能,在早期的機器人中,如Hero-I、Robot-I等,采用了這種結構,但在控制過程中需要進行大量的計算(如坐標變換),這種控制結構速度較慢。
    
     一級CPU是主控計算機,它具有系統管理、機器人語言編譯和人機界面等功能。同時,它還利用自身的計算能力完成坐標變換和軌跡插值,并定期將計算結果作為關節運動增量發送到公共存儲器中,供二級CPU讀取。第二級CPU完成對所有關節位置的數字控制,這種系統的兩條CPU總線之間沒有連接。僅通過公共存儲器交換數據是一種松散耦合的關系,很難用更多的CPU進一步分散功能,例如20世紀70年代生產的Molomari機器人(5個關節,由直流電機驅動)的設備系統屬于這種主從結構。
    
     目前,這種雙層分布式結構得到了廣泛的應用。上位機負責整個系統的管理、運動學計算、軌跡規劃等,下位機由多個CPU組成,每個CPU控制一個關節運動。這些CPU通過總線形式的緊密耦合與主計算機相連,這種結構的控制器的工作速度和控制性能明顯提高,但這些CPU系統的共同特點是針對特定問題的功能分布式結構,即每個處理器承擔固定的任務。目前,世界上大多數商用機器人控制器都是這種結構。
    
     以上所有類型的控制器都使用串行計算機來計算機器人的控制算法,它們都有一個共同的缺點:計算量大,實時性差,因此經常采用離線編程和前饋補償解耦來降低實時控制的計算量,當機器人受到干擾時在高速運動中,其性能會受到影響,更難以保證所需的精度指標。
    
     由于機器人控制算法的復雜性和機器人控制性能的迫切性,許多學者從建模、算法等多方面努力減少計算量,但仍然難以滿足串行結構控制器實時計算的要求。因此,必須從控制器本身尋求解決方案,一種方法是選用高級微機或小型計算機,另一種方法是采用多處理器并行計算,以提高控制器的計算能力。
    
    

廣州樂行機器視覺設備技術有限公司專業從事自動化檢測設備,視覺傳感器研究與開發,提供各種行業的解決方案,作為專注于機器視覺應用的公司,我們在視覺、機械、電氣方面的整合能力達到了較高水平。能在短期內根據客戶的需求研發、設計、生產出較高水平的非標設備、檢測系統。

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