将机器人技术和运动控制结合在一起

如果你曾经管理过一个组织，你就会知道让人们一起工作是最困难的部分。当涉及到机器控制时，也没有什么不同。控制轴只是战斗的一半——将运动控制器与机器人控制器集成是一个更大的挑战。集成商发现他们自己添加了电缆，编写了数百行代码，花费了大量的工程时间来让东西一起工作，同时冒着无法达到他们所追求的性能的风险。一种选择是通过同一个控制器运行运动轴和机器人。在今天的环境下，这是一种可行的方法吗?什么时候、怎样做是合适的?

机器人技术不仅适用于汽车焊接等应用。这种技术随处可见，从包装生产线上的产品码垛到电子工厂的取货操作。这种设计要求机器控制器与机器人控制器接口。这是一项说起来容易做起来难的工作。这个问题的根源在于，大多数机器人解决方案都具有专有的硬件和软件。这使得集成机器人控制器和线控制器的任务变得困难。

“制造商A的机器人和制造商B的机器人有不同的参数化方式，”系统集成商ATS自动化工具系统(Cambridge, Ontario, Canada)的员工科学家Gerry Wootton说。“它们有不同的内部编程语言，不同的命令和控制序列，等等。”

“我们对竞争对手的一部分优势是我们自己设计伺服电机，所以它们在我们的机器人上表现出某种方式，”川崎机器人（美国）公司（Michigan Wixom）销售经理Bob Rochelle说，“鲍勃罗谢尔斯说。“我们的控制器采用以控制该伺服电机和一个规格。”川崎并不孤单;每个机器人手臂都有其特质。

机器人技术提供的主要好处是节省了捆绑产品的成本和时间。用户无需为五或六轴的运动控制买单，只需购买一个配有集成控制器的机械臂，即可实现整套功能。对于基础应用，机器人手臂可以显著节省集成时间。然而，并不是所有的应用程序都是基本的，那些要求更精确的应用程序可能会带来挑战。Wootton说:“这些捆绑的架构并不能解决所有问题。“在整合层面上，你仍然需要花大量时间研究动态和稳定性问题，而由于这是一个封闭的环境，你所能完成的工作是有限的。”

与自动化世界中的大多数其他硬件一样，机器人控制器的能力已经稳步增加。今天，他们可以提供梯形逻辑编程和额外的I / O端口。简化接口问题的一种方法是让机器人控制器运行运动轴。这种方法在少数辅助轴的情况下可能是有效的，例如在具有一个或多个不锈钢转盘的机器人焊接单元中。然而，在当今的工厂自动化环境中，即使是一个简单的车站也可能不得不与运动和视觉和传感器进行交互，以及执行诸如与SQL数据库或流程管理工具接口的商店到最大的楼层通信。“在需要在一个控制架构中将机器人运动和其他运动集成在一起之前，您不必达到一个非常复杂的应用程序，”Wootton说。

PLC电源
如果运行运动轴的机器人控制器不足以满足性能所需的，则使用a的问题也可能从另一个方向攻击可编程逻辑控制器(PLC)或可编程自动化控制器(PAC)集成多个控制任务，包括运动轴、机器人、机器视觉、传感器、安全,等等。“在某些应用中，比如包装，机器人是生产线中不可分割的一部分，”Robert Hirschinger说罗克韦尔自动化．“在这些应用程序中,通常我们有整体线路控制我们控制轴的机器上,我们做的I / O、网络、安全支持,所以在这些类型的机器配置有一个自然的倾向于说,“好的,让我们进入下一个步骤实际上控制串联机器人。”

来自不同供应商的许多PLC/PAC平台提供这些功能。这种方法可以加速集成并节省成本。然而，由于机器人与机器人之间的差异，这种方法只有在机器人手臂集成了PLC制造商的电机/驱动组合时才能真正成功地执行。就像机器人制造商一样，他们知道自己的产品参数，并开发了一个与之配套的控制产品。只要用户和集成商不反对约束，系统就是有效的。

统一管理架构
从表面上看，通用控制器的想法对终端用户和集成商都很有吸引力。控件体系结构中的公共程度越高，集成商必须维护的知识库就越小。例如，他们不需要知道25个不同的机器人控制器的控制结构，而只需要知道一些。

“作为一个大型集成商，我们希望在每个人都知道和理解的共同平台上工作，”Wootton说。“We don't want to say, ‘Oh, we’ll have to wait until Fred comes back from Hong Kong because he's the only guy who knows how to work with that robot.’ That's not really a very desirable frame for us to be in.

统一控制在理论上是一个聪明的想法，但现实可能更具挑战性。其中一个障碍是解决方案的封闭性。不同的制造商可能使用不同的编程语言，以及不同的运动控制范例和状态引擎。“一旦你试图集成到更大的控制架构中，你通常不得不编写大量代码来模拟和跟踪单个机器人控制架构的行为，”Wooten说。“因为(机器人)配有一个捆绑包中,有很多事情你必须找到的致动器的功能,编码器的细节技术、电路保护、限流,一系列的东西你没有任何真正的访问权。你必须对设备的运动学进行逆向工程因为没有简单的方法可以得到它。通常有隐藏或嵌入的动态信息，如工厂校准数据和其他参数。”

即使是像电机参数一样简单的东西会导致问题。“说我们的Servos在300 v和其他人在150 v中运行，”Rochelle说。“如果您发送300 V至150 V电机，则会获得烟雾。使一个普遍的控制器比[Integators]的价值更麻烦。“

统一控制的未来
真正统一的控制方案需要某种类型的开放标准，这将迫使制造商公开其设备的属性，甚至可以放弃一些差异化。鉴于机器人市场的竞争气氛，特别是，可能不太可能发生这种情况。

甚至在命令和控制级别的兼容性也是一个优势。With a unified communications protocol and standardized device profile, integrators and OEM machine builders could swap out different robots and to the master controller they’d all look the same as far as interfaces, behavior, data frames, etc. Such a scenario would require a significant standardization effort, though, which is never easy or quick in a situation with so many stakeholders.

目前，似乎需要用紧密同步的运动结合机器人能力的工程师可以选择在专有环境中工作 - 让机器人控制运动或PLC控制机器人 - 或者自行打击以构建集成系统知识库有限。后一种情况可能会为他们提供额外的灵活性和性能，但它以工程时间的成本为准。

“这非常痛苦，”伍顿说。“我们已经做过几次了。我们已经证明，我们可以通过用更开放和通用的控制平台替换绑定的控制器来显著提高性能，但这样做真的不值得。我认为真正的问题更多的是为运动控制和所有轴控制的标准状态图有一个统一的通信网络和你处理的所有属性的通用数据帧。然后你就可以建立一个统一的架构。”