工业机器人，必须了解的技术知识点

⼯业机器⼈，必须了解的技术知识点

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(SystemonChip)

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。

02

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。

03

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

TeamBots

，

v.2.0e

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

MindStormsNXT

的图形化编程环境和微软

RoboticsStudio

提供的可视化编程环境。

04

机器⼈专⽤操作系统

(1)

、

VxWorks

，

VxWorks

操作系统是美国

WindRiver

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)

、

WindowsCE

，

WindowsCE

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。