然而傳統(tǒng)封閉式機器人控制器因其擴展性差、開放性差、容錯性差、軟件獨立性差的缺點而不能滿足日益復雜的生產(chǎn)需求，鑒于此，工業(yè)機器人控制系統(tǒng)正朝著開放式方向發(fā)展。

　　據(jù)悉，開放式控制系統(tǒng)的概念在 80 年代就已出現(xiàn)，而有關(guān)開放式控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域一個熱點話題。

　　開放式控制系統(tǒng)顯著特點是模塊化、可擴展和可重構(gòu)。開放式機器人控制器軟硬件系統(tǒng)都是開放的，更能適應(yīng)工業(yè)場合對于機器人的各種不同需求，這樣不僅增強了機器人控制系統(tǒng)的通用性，而且系統(tǒng)可以提供接口向控制器植入先進的控制技術(shù)，更有利于用戶對機器人的使用和維護。尤其是在伺服驅(qū)動系統(tǒng)和傳感器融合技術(shù)日益發(fā)展的背景下，用戶可以根據(jù)自己的需求擴展系統(tǒng)，增加功能模塊。

　　那么在開放式控制系統(tǒng)的研發(fā)上面，國內(nèi)外機器人企業(yè)進展如何？開放式控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢如何？我們先對比一下國內(nèi)外幾款主流的機器人開放式控制系統(tǒng)。

　　ABB: 機器人IRC5控制器

　　ABB機器人IRC5控制器（靈活型控制器）由一個控制模塊和一個驅(qū)動模塊組成，可選增一個過程模塊以容納定制設(shè)備和接口，如點焊、弧焊和膠合等。配備這三種模塊的靈活型控制器完全有能力控制一臺6軸機器人外加伺服驅(qū)動工件定位器及類似設(shè)備。

　　完善的通信功能是ABB機器人控制系統(tǒng)的特點。其IRC5控制器的PCI擴展槽中可以安裝幾乎任何常見類型的現(xiàn)場總線板卡，包括滿足ODVA標準可使用眾多第三方裝置的單信道DeviceNet，支持最高速率為12Mbps的雙信道ProfibusDP以及可使用銅線和光纖接口的雙信道Interbus。

　　IRC5控制模塊自帶主計算機，能夠執(zhí)行高級控制算法，為多達36個伺服軸進行MultiMove路徑計算，并且可指揮四個驅(qū)動模塊。控制模塊采用開放式系統(tǒng)架構(gòu)，配備基于商用Intel主板和處理器的工業(yè)PC機以及PCI總線。由于采用標準組件，用戶不必擔心設(shè)備淘汰問題，隨著計算機處理技術(shù)的進步能隨時進行設(shè)備升級。

　　KUKA：新型KUKAsmartPAD機器人控制系統(tǒng)

　　新型KUKAsmartPAD在超大高清無反射觸摸屏上以最佳的效果顯示出如何直觀地操控機器人。庫卡smartPAD重量僅有1公斤，不僅能夠提供久經(jīng)考驗的操作控制元件，如6D鼠標，還能夠為用戶提供一系列全新的、人性化的功能，如配置了USB端口，從而方便用戶直接在控制面板上存儲和裝載數(shù)據(jù)。總的來說，smartPAD使用8.4寸超大、高清、防反射、操控鍵少的觸摸屏。運動操作鍵和以前的相比，該操作面板可以方便地控制八軸，而無需來回切換。

　　KUKA機器人控制軟件運行于XP+VxWorks平臺，既可以提供良好的人機交互界面，又能提供精確的實時控制。KUKA.WorkVisual軟件架構(gòu)的模塊化結(jié)構(gòu)把一個項目的所有步驟融合到同源的軟件環(huán)境中，它可被同時用作工作單元配置的規(guī)劃工具和通用編程環(huán)境。從規(guī)劃到編程，再到優(yōu)化，WorkVisual通過為所有的工具配置統(tǒng)一的外觀而簡化了所有的自動化任務(wù)。

　　KEBA：KeMotionr5000系列控制器

　　KEBA機器人控制系統(tǒng)通過VxWorks平臺或者+RTX實時擴展平臺保證軟件運行環(huán)境的實時性，通過運動規(guī)劃和運動控制單元可以實現(xiàn)對總線式伺服驅(qū)動器的控制，從而達到對機器人的精確控制。

　　KeMotionr5000系列控制器是一套完整的面向多軸運動控制系統(tǒng)軟硬件模塊化控制器。硬件包括KeMotion控制器，以及各種外圍模塊組成，它們通過以太網(wǎng)或總線的形式與控制器連接，實現(xiàn)面向各種應(yīng)用的搭配。控制系統(tǒng)軟件的核心部分是運行在控制器硬件平臺（x86嵌入式微處理器）上一整套軟件。

　　VxWorks中運行了兩套軟件，分別是RobotControl和SoftPLC，它們組合在一起構(gòu)成了控制系統(tǒng)軟件的核心。其中RobotControl是負責機器人的運動控制，包括機器人的軌跡規(guī)劃和插補操作，而SoftPLC則負責外圍信號采樣、邏輯控制等功能。并且，KEBA工業(yè)自動化針對客戶的不同需求為機械及機器人控制系統(tǒng)提供快速有效的模塊化的解決方案。

　　新松機器人：SIASUN-GRC機器人控制器

　　新松機器人SIASUN-GRC機器人控制器器采用32位計算機全數(shù)字控制，整個系統(tǒng)采用開放式和模塊化結(jié)構(gòu)。在硬件上，采用全新設(shè)計的計算機控制系統(tǒng)、控制柜和編程示教盒。在軟件上，采用軟件工程的思想，實現(xiàn)以功能鍵驅(qū)動的全菜單操作的漢字機器人操作系統(tǒng)。

　　主計算機采用工業(yè)級486DX4-100微型單板計算機，具有可靠性高，運算速度快等特點。可適用于不同的機器人本體、機器人軸數(shù)和應(yīng)用背景，具有較大的靈活性；實現(xiàn)機器人和多個變位機的協(xié)調(diào)運動，改善了圓弧的插補精度，內(nèi)嵌PLC功能；并且SIASUN-GRC機器人控制器為通用機器人控制器，完全可以應(yīng)用于其他的場合。

　　英威騰：八軸機器人控制系統(tǒng)

　　英威騰智控最新研發(fā)的運動控制平臺采用了實時內(nèi)核RT-Linux多任務(wù)操作系統(tǒng)，配備專用的運動控制FPGA芯片，可兼容Ethernet ，RS485， RS232 ，USB外圍通信接口，并且內(nèi)置運動控制庫+機器人控制庫。而基于此運動控制平臺，英威騰智控研發(fā)了八軸機器人控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)八軸聯(lián)動。

　　另外，此機器人系統(tǒng)可支持中英文界面切換，操作簡便，編程語言簡易，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的高速，高精運動控制。適用于焊接、噴涂、碼垛等工藝，并且可以針對機器人實現(xiàn)定制化。

　　英威騰智控的機器人控制系統(tǒng)可支持直角坐標機械手（3-8軸）、SCARA 4軸機器人、SCARA 5軸機器人、并聯(lián)機器人、4軸碼垛關(guān)節(jié)機器人、4軸碼垛連桿機器人、標準6關(guān)節(jié)機器人、定制化機器人等超過12種機器人類型。

　　固高：開放式、可重組機器人控制器

　　固高開放式、可重組機器人控制器系列控制器支持脈沖、模擬量，EtherCAT，MII，MIII總線通訊方式；而在相配套的零部件上面，支持20多種品牌伺服系統(tǒng)，客戶可以自由選擇；并且系統(tǒng)支持二次開發(fā)，可由客戶自行開發(fā)機器人工藝軟件模塊。

　　目前，該控制器系統(tǒng)可以運用到空間串聯(lián)六關(guān)節(jié)機器人、SCARA、DELTA2，DELTA3、Tripod、噴涂專用S形手腕、非標準空間串聯(lián)六關(guān)節(jié)、Gantry、Steward等機器人模型。

　　并且，該控制器支持現(xiàn)成的多工藝模塊，具備快速機器人標定系統(tǒng)，提供簡易機器人標定方式，支持全自動一鍵標定；并且自有知識產(chǎn)權(quán)標定算法，可對DH模型、減速比、零點偏差，TCP進行標定，還原系統(tǒng)精度。

　　研華：R8800 EtherCat六關(guān)節(jié)機器人控制器

　　研華R8800 EtherCat六關(guān)節(jié)機器人控制器是一款基于EtherCat數(shù)字通訊控制伺服驅(qū)動器與I/O模塊的機器人控制器；相比較之前的產(chǎn)品，這款控制器提高了抗噪聲干擾的能力，并且由專利機構(gòu)設(shè)計，具有耐摔、防水的性能。

　　該系統(tǒng)采用實時Linux操作系統(tǒng)，經(jīng)過詳細的調(diào)校測試，掌握系統(tǒng)運行的所有細節(jié)，并將十余年來歷經(jīng)的實務(wù)需求，轉(zhuǎn)化為彈性靈活的軟件架構(gòu)，兼顧核心功能的穩(wěn)定性與實時性。同時提供開放式的人機編輯，方便性與擴充彈性，充份滿足各式產(chǎn)業(yè)的業(yè)務(wù)需求。獲得了客戶的一致認可和好評。

　　值得一提的是，R8800 EtherCat六關(guān)節(jié)機器人控制器內(nèi)建六關(guān)節(jié)機器人算法，在示教模式上，采用彈性程序編輯，并且自帶脫機編程與學習軟件。

　　通過對比國內(nèi)外控制系統(tǒng)品牌技術(shù)創(chuàng)新，我們可以總結(jié)出開放式控制系統(tǒng)以下幾個創(chuàng)新發(fā)展趨勢。

　　高精度和高速度

　　客戶對于機器人精度和速度的高要求自然會體現(xiàn)在控制系統(tǒng)上，而控制系統(tǒng)性能也決定機器人的運行軌跡的精度和速度。

　　當今的加工工藝對于主軸的轉(zhuǎn)速要求越來越高。主軸轉(zhuǎn)速的高低已經(jīng)成為衡量運動控制器的指標，同時，它也是開發(fā)者的聚焦點。另外，對于控制系統(tǒng)的精度，在外圍設(shè)備中，涉及到重要的精度標定問題，也叫運動學標定。

　　多軸聯(lián)動

　　在加工復雜自由曲線以及型面時，為了提高輪廓的質(zhì)量又要同時保證產(chǎn)品的制造效率，這在一定程度上對數(shù)控系統(tǒng)的多軸聯(lián)動能力有要求。

　　如今，多軸聯(lián)動控制器逐漸成為國內(nèi)外企業(yè)核心攻克技術(shù)之一，目前國內(nèi)外控制器最多能實現(xiàn)八軸驅(qū)動。

　　網(wǎng)絡(luò)化

　　運動控制器的網(wǎng)絡(luò)化指的是依附于現(xiàn)有的通信和信息技術(shù)，通過運用現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)等，把布置于不同位置的運動控制器通過網(wǎng)絡(luò)進行連接。

　　利用互聯(lián)，可以很方便地組建分布式運動控制系統(tǒng)并且對運動控制器進行多軸擴展，這樣，便可以實現(xiàn)構(gòu)建功能更為強大、柔性更高的運動控制系統(tǒng)。目前不管是國外品牌還是國內(nèi)品牌都能很好的實現(xiàn)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，但是在可擴展性上，國產(chǎn)機器人還有一些差距。

　　嵌入式架構(gòu)

　　嵌入式的運動控制器的主要特點是硬件可裁剪性，即根據(jù)具體的應(yīng)用需求便可以做有區(qū)別的定制，這樣便可以自如地控制開發(fā)的成本，使之具有廣泛適應(yīng)性。

　　另外，利用軟硬件共同工作這一特性，可以實現(xiàn)嵌入式運動控制系統(tǒng)的高系統(tǒng)集成度。這樣一來，它便克服了計算機型運動控制器的大體積、高能耗等缺點。目前，嵌入式運動控制器慢慢成為主流，這使運動控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化。

　　開放式體系結(jié)構(gòu)

　　在歐美、日本等國家中，開放式的運動控制器受到了格外的重視，其先后形成了幾個重要的開放式體系標準，例如美國的OMAC、 日本的OSEC以及歐盟的OCEAN。這些標準體系的形成無疑極大地提高了產(chǎn)品的兼容特性以及適應(yīng)性，并且加速了行業(yè)的發(fā)展。

　　我們國家綜合地參考了世界先進的開放式體系的結(jié)構(gòu)，并且自主提出了ONC（Open Numerical Control）這種開放式系統(tǒng)體系，正在逐步地完善該開放式的體系的層次模型。

　　模塊化

　　在開放式的結(jié)構(gòu)下，機器人控制系統(tǒng)可以提供模塊化的解決方案，這也是工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)化和重構(gòu)化發(fā)展趨勢的內(nèi)在體現(xiàn)。

　　據(jù)悉，ABB機器人控制系統(tǒng)如需增加機器人的數(shù)量，只需為每臺新增機器人增裝一個驅(qū)動模塊，還可選擇安裝一個過程模塊，最多可控制四臺機器人在MultiMove模式下作業(yè)。各模塊間只需要兩根連接電纜，一根為安全信號傳輸電纜，另一根為以太網(wǎng)連接電纜，供模塊間通信使用，模塊連接簡單易行。

　　智能化

　　隨著著人工智能的理論的不斷發(fā)展和實際應(yīng)用的不斷檢驗創(chuàng)新，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)化算法已經(jīng)被廣泛運用到運動控制系統(tǒng)，在對控制性能進行改善的同時，需要對系統(tǒng)自學習、自診斷以及容錯能力進行提升。

　　目前，國內(nèi)外的生產(chǎn)各大運動控制的廠商已經(jīng)把運動控制器的智能化水平作為一個新的技術(shù)點，正不斷深化其應(yīng)用。

　　驅(qū)控一體化

　　在實際應(yīng)用過程中，機器人控制系統(tǒng)往往會遇到各種各樣的問題，比如現(xiàn)場受到干擾，脈沖等，因此，驅(qū)控一體化應(yīng)運而生。

　　驅(qū)控一體化能有效解決了伺服驅(qū)動和運動控制系統(tǒng)通過外部連接所造成的傳輸上的干擾和障礙，目前國外的主流機器人企業(yè)都是應(yīng)用驅(qū)控一體設(shè)備，但是國產(chǎn)的驅(qū)控一體產(chǎn)品還處于研發(fā)的初級階段。