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廈門莫格電氣自動化有限公司
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1、引言
從世界上*臺遠控機械手的誕生至今已有50年了,在這短短的幾年里,伴隨著計算機、自動控制理論的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的需要及相關(guān)技術(shù)的進步,機器人的發(fā)展已經(jīng)歷了3代[1]:(1)可編程的示教再現(xiàn)型機器人;(2)基于傳感器控制具有一定自主能力的機器人;(3)智能機器人.作為機器人的核心部分,機器人控制器是影響機器人性能的關(guān)鍵部分之一.它從一定程度上影響著機器人的發(fā)展.目前,由于人工智能、計算機科學(xué)、傳感器技術(shù)及其它相關(guān)學(xué)科的長足進步,使得機器人的研究在高水平上進行,同時也為機器人控制器的性能提出更高的要求.
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對于不同類型的機器人,如有腿的步行機器人與關(guān)節(jié)型產(chǎn)業(yè)機器人,控制系統(tǒng)的綜合方法有較大差別,控制器的設(shè)計方案也不一樣.本文僅討論產(chǎn)業(yè)機器人控制器題目.
2、機器人控制器類型
機器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機器人完成一定的動作或作業(yè)任務(wù)的裝置,它是機器人的心臟,決定了機器人性能的優(yōu)劣.
從機器人控制算法的處理方式來看,可分為串行、并行兩種結(jié)構(gòu)類型.
2.1 串行處理結(jié)構(gòu)
所謂的串行處理結(jié)構(gòu)是指機器人的控制算法是由串行機來處理.對于這種類型的控制器,從計算機結(jié)構(gòu)、控制方式來劃分,又可分為以下幾種[2].
(1) 單CPU結(jié)構(gòu)、集中控制方式
用一臺功能較強的計算機實現(xiàn)全部控制功能.在早期的機器人中,如Hero-I, Robot-I等,就采用這種結(jié)構(gòu),但控制過程中需要很多計算(如坐標變換),因此這種控制結(jié)構(gòu)速度較慢.
(2) 二級CPU結(jié)構(gòu)、主從式控制方式
一級CPU為主機,擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)治理、機器人語言編譯和人機接口功能,同時也利用它的運算能力完成坐標變換、軌跡插補,并定時地把運算結(jié)果作為關(guān)節(jié)運動的增量送到公用內(nèi)存,供二級CPU讀?。欢塁PU完玉成部關(guān)節(jié)位置數(shù)字控制.這類系統(tǒng)的兩個CPU總線之間基本沒有,僅通過公用內(nèi)存交換數(shù)據(jù),是一個松耦合的關(guān)系.對采用更多的CPU進一步分散功能是很困難的.日本于70年代生產(chǎn)的Motoman機器人(5關(guān)節(jié),直流電機驅(qū)動)的計算機系統(tǒng)就屬于這種主從式結(jié)構(gòu).
(3) 多CPU結(jié)構(gòu)、分布式控制方式
目前,普遍采用這種上、下位機二級分布式結(jié)構(gòu),上位機負責(zé)整個系統(tǒng)治理以及運動學(xué)計算、軌跡規(guī)劃等.下位機由多CPU組成,每個CPU控制一個關(guān)節(jié)運動,這些CPU和主控機是通過總線形式的緊耦合.這種結(jié)構(gòu)的控制器工作速度和控制性能明顯進步.但這些多CPU系統(tǒng)共有的特征都是針對具體題目而采用的功能分布式結(jié)構(gòu),即每個處理器承擔(dān)固定任務(wù).目前世界上大多數(shù)商品化機器人控制器都是這種結(jié)構(gòu).
控制器計算機控制系統(tǒng)中的位置控制部分,幾乎無例外地采用數(shù)字式位置控制.
以上幾種類型的控制器都是采用串行機來計算機器人控制算法.它們存在一個共同的弱點:計算負擔(dān)重、實時性差.所以大多采用離線規(guī)劃和前饋補償解耦等方法來減輕實時控制中的計算負擔(dān).當(dāng)機器人在運行中受到干擾時其性能將受到影響,更難以保證高速運動中所要求的精度指標.
由于機器人控制算法的復(fù)雜性以及機器人控制性能的亟待進步,很多學(xué)者從建模、算法等多方面進行了減少計算量的努力,但仍難以在串行結(jié)構(gòu)控制器上滿足實時計算的要求.因此,必須從控制器本身尋求解決辦法.方法之一是選用高檔次微機或小型機;另一種方法就是采用多處理器作并行計算,進步控制器的計算能力.
2.2 并行處理結(jié)構(gòu)
并行處理技術(shù)是進步計算速度的一個重要而有效的手段,能滿足機器人控制的實時性要求.從文獻來看,關(guān)于機器人控制器并行處理技術(shù),人們研究較多的是機器人運動學(xué)和動力學(xué)的并行算法及實在現(xiàn).1982年J.Y.S.Luh[3]*提出機器人動力學(xué)并行處理題目,這是由于關(guān)節(jié)型機器人的動力學(xué)方程是一組非線性強耦合的二階微分方程,計算十分復(fù)雜.進步機器人動力學(xué)算法計算速度也為實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法如:計算力矩法、非線性前饋法、自適應(yīng)控制法等打下基礎(chǔ).開發(fā)并行算法的途徑之一就是改造串行算法,使之并行化,然后將算法映射到并行結(jié)構(gòu).一般有兩種方式,一是考慮給定的并行處理器結(jié)構(gòu),根據(jù)處理器結(jié)構(gòu)所支持的計算模型,開發(fā)算法的并行性;二是首先開發(fā)算法的并行性,然后設(shè)計支持該算法的并行處理器結(jié)構(gòu),以達到并行效率.
AE Advanced Energy ICP-16L RF generator 1600W ,40Mhz
JEL Corporation WAFER TRANSFER ROBOT C4442S-00530 Dual Arm Robot with controller
HONDA ELECTRON WAFER TRANSFER ROBOT RB670-TI-R Dual Arm Robot with controller
AE Advanced Energy RF-10S RF generator.13.56?MHz P/N 3150073-000
Advanced Energy AE MDX-L12M M/N 3152344-100 B
Advanced Energy RF Generator PDX 5000 LF Generator
Applied Materials AMAT 0010-38437 ASSY, P-CHUCK, 200MM
AE Advanced Energy RFG 3001 3155089-004 3kw RF Generator
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dalsa piranha3 line scan camera P3-12K40-01 W/DALSA VISION BOARD
SEREN R3001 27.12MHz 3Kw RF GENERATOR PN:9600690013
Leybold TW 701 800051V0025 Turbo Pump
OMRON FZ3-300 VISION SYSTEM With FZ-SC2M COLOR CCD CAMERA
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VAT Pendulum Valve 65050-PA52-0002 w/ PM-6 CONTROLLER
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DELTA TAU DATA SYS TURBO PMAC2 MOTION CONTROLLER
SIEMENS SIMATIC S5 155U 6ES5 948-3UA13 948U CPU
AE Advanced Energy RFPP RF30H 13.56Mhz 3KW RF generator
AE Advance Energy 3155053-007 RF Generator RFG2000-2V
AE Advanced Energy RFPP RF20M 2.5KW RF generator
ABB AUTOMATION Machine Terminal REM543CM214AAAB?, REF542PLUS
OMRON FZ2-550 VISION SYSTEM With FZ-SC2M COLOR CCD CAMERA
Genmark Gencobot 4S0703167 Wafer Handling Robot
Ebara ET801H Turbo Molecular Vacuum Pump with 803H controller
ENI OEM-12B3-02 RF generator 1250W, AMAT 0190-76028
JULABO HT60-M3-CU High Temperature Circulator
Hamamatsu C9300-124 10-Megapixel High Resolution Digital CCD Camera
VAT Pendulum valve 65040-PHCP-AZT1
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Rorze RR700L120 single Arm Robot
AE Advanced Energy APEX 3013 31561143-011B 3KW 13.56MHz RF Generator
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Dressler LFGS 1250D RF Generator 300-500KHz LF Power Generator
MEGAPLUS II EC11000 Full 35mm 11 megapixel CCD VISION CAMERA SYSTEM
KEYENCE LS-7501 HIGH-ACCURACY CCD MICROMETER With LS-7030M HEAD & Cable
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Genmark Gencobot 4P10397074 Wafer Handling Robot
AE Advanced Energy RFPP 20R RF generator
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VARIAN ion implant sys. PULSE POWER SUPPLY
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YASKAWA WAFER TRANSFER ROBOT XC-RC355S-C01
Novellus Speed Controller 27-054088-00 Rev.A, A630-413-3000
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GENMARK L86R/R VER.21 WAFER TRANSFER ROBOT CONTROLLER
Brooks PRI Automation ESC-212B Robot Controller pn:6-0000-2347-?PC
Mitsubishi Melsec A4UCPU With A4UMCA-128
Brooks Automation Robot Control Module 002-9401-01
SIEMENS SIMATIC S5 155U 6ES5 948-3UA11 948CPU
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BROOKS PRI PRE 301B-CE 300mm PREALIGNER Pn: 6-0000-3669-PC
Genmark RP060002 Wafer Pre-Aligner Robot
coherent LabMax-TO & PM300F-50 Laser Power Meter
ADVANCED ENERGY APEX 1513 RF GENERATOR P/N 0920-00114
SEIWA FCR-1 1064nm YAG Laser Fiber Focusing Head W/I CS5111 COLOR CCD CAMERA
MEGAPLUS II EC11000 Full 35mm 11 megapixel CCD VISION CAMERA
SONY PRECISE EYE AF VISION MICROSCOPE 3CCD CAMERA
Fujifilm TX-1 panorama film camera 45mm+90mm Camera SET Hasselblad Xpan
Tachibana tectron TVC-04KET vme BOARD
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siemens SIMATIC rack pc 6ES7643-8GM21-3?XX0
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Mitsubishi HMI GT1575-VTBA GOT1000 Touch Screen
ASTeX FI20161-1 Microwave Power Generator 1.8Kw SmartPower Magnetron Head
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NOVELLUS Load Lock robot 02-053993-00 or 02-053993-01
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GENMARK GENCOBOT 4/3L WAFER TRANSFER ROBOT
SIEMENS 6ES5 955-3LC42 + 6ES5188-3UA12 POWER SUPPLY
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NEC FACTORY COMPUTER FC-9801B MODEL 2, 32BIT CPU UNIT WORKING
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MITUTOYO LCD PLAN NIR 100X/0.50 ∞/0.91 f=200 OBJECTIVE
Comdel CX-1250S RF Generator 1250W,13.56Mhz
SEREN LIGHTWIND R101 100W RF Generator PN:9600730004
YASKAWA JZNC-TB38 Robot Teach Pendant YASNAC ERC
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Advanced Energy FixedMatch RF Match 3155094-003 A
TOSHIBA X-RAY Image Intensifiers E5844H-P1K
Novellus 02-132030-00 ASSY,MOD,CTR,P1?66/64/QNX4 controller
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Keyence CCD Laser Displacement Sensor LK-2001 & LK-031 with RD50R
MITSUBISHI GOT1000 HMI GT1565-QTBA GRAPHIC OPERATION TERMINAL
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MEIDEN IV18A AXP VME165
PARKER HANN CORP. GV-U6E Parker Gemini Servo Drive w/ n0703fe-nmsv servo moter
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MITSUBISHI MELSEC A616DAV ANALOG MODULE
Mitsubishi Melsec plc AJ71QE71 Ethernet module
Brooks Automation 001-7126-01 Rev.A4 Controller Board
ZEISS epiplan-Apochro?mat 50x/0.95 HD dic OBJECTIVE
MITUTOYO M PLAN APO 10X/0.28 ∞/0 f=200 OBJECTIVE #1
MITSUBISHI A975GOT-TBD A TOUCH SCREEN HMI
NSK ESA MEGATORQUE DD SERVO DRIVE ESA -Y2005A23-21 MOTOR YS2020FN001
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MITSUBISHI MELSEC-12HCPU CPU UNIT
PRO-FACE GP2600-TC41-24V TOUCH SCREEN HMI
I CS3150 CCIR MACHINE VISION MACRO CAMERA SET
LEICA Leitz HC PL PLUOTA 100X/0.70 microscope objective
Proface Pro-face GP2600-TC11 Touchscreen HMI
IMTEC RVME 450V VME IMAGE PROCESSING
OPTONCDT1800 Laser-optical displacement sensors
ATMEL AVIIVA AT71YSM2CC4010 Linescan camera With NIKON IL63MM LENS
Mitsubishi Melsec A3UCPU With A3NMCA56
ZEISS EPIPLAN NEOFLUAR 100X/0.90 OBJECTIVE
MITUTOYO M PLAN APO 2X/0.055 ∞/0 f=200 OBJECTIVE
NSK ESA MEGATORQUE DD SERVO DRIVE ESA -JS1003A23-21 MOTOR JS1003FN001
CKD ABSODEX DRIVER H TYPE AX9045H-X700417
Inficon VGC012 Vacuum Gage Controller
MATROX Solios eA/XA SOL6M4A PCI-X frame grabber
TOSHIBA PLC TPU326H-S CPU
ATLAS COPCO DMC DMC310515 DIGITAL MOTION CONTROLLER
HASSELBLAD CB 160mm F4.8
YASKAWA YASNAC MOTOMAN JZRCR-XSU02 BOARD CONTROLLER
Cognex VM16A 203-0075-RE Vision Image Processor Board
PRO-FACE GLC2500-TC41-20?0V TOUCH SCREEN GRAPHIC PANEL 3280036-02
Olympus LM Plan FI 20x/0.40 BD objective
PRO-FACE AST3501-T1-AF,3?580208-01 Touch Screen HMI
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Motorola VME Board VME162-PA344SE 01-W3528F60B,VM?E162PA344SE
LEICA Leitz PL APO 50X/0.90 microscope objective
Mitsubishi HMI A970GOT-TBA-B W/A9GT-QBUSS Touchscreen
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PRO-FACE GP2401H-TC41-24?V HMI TouchScreen PROFACE
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