然而傳統(tǒng)封閉式機(jī)器人控制器因其擴(kuò)展性差、開放性差、容錯(cuò)性差、軟件獨(dú)立性差的缺點(diǎn)而不能滿足日益復(fù)雜的生產(chǎn)需求，鑒于此，工業(yè)機(jī)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(gè)熱點(diǎn)話題。

　　開放式控制系統(tǒng)顯著特點(diǎn)是模塊化、可擴(kuò)展和可重構(gòu)。開放式機(jī)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(jī)器人的各種不同需求，這樣不僅增強(qiáng)了機(jī)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(jìn)的控制技術(shù)，更有利于用戶對機(jī)器人的使用和維護(hù)。尤其是在伺服驅(qū)動(dòng)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(kuò)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(jī)器人企業(yè)進(jìn)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(jī)器人開放式控制系統(tǒng)。

　　ABB: 機(jī)器人IRC5控制器

　　ABB機(jī)器人IRC5控制器（靈活型控制器）由一個(gè)控制模塊和一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊組成，可選增一個(gè)過程模塊以容納定制設(shè)備和接口，如點(diǎn)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(tái)6軸機(jī)器人外加伺服驅(qū)動(dòng)工件定位器及類似設(shè)備。

　　完善的通信功能是ABB機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。其IRC5控制器的PCI擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)算機(jī)，能夠執(zhí)行高級控制算法，為多達(dá)36個(gè)伺服軸進(jìn)行MultiMove路徑計(jì)算，并且可指揮四個(gè)驅(qū)動(dòng)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(jī)以及PCI總線。由于采用標(biāo)準(zhǔn)組件，用戶不必?fù)?dān)心設(shè)備淘汰問題，隨著計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的進(jìn)步能隨時(shí)進(jìn)行設(shè)備升級。

　　KUKA：新型KUKAsmartPAD機(jī)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(jī)器人。庫卡smartPAD重量僅有1公斤，不僅能夠提供久經(jīng)考驗(yàn)的操作控制元件，如6D鼠標(biāo)，還能夠?yàn)橛脩籼峁┮幌盗腥碌?、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(chǔ)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(yùn)動(dòng)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(jī)器人控制軟件運(yùn)行于XP+VxWorks平臺(tái)，既可以提供良好的人機(jī)交互界面，又能提供精確的實(shí)時(shí)控制。KUKA.WorkVisual軟件架構(gòu)的模塊化結(jié)構(gòu)把一個(gè)項(xiàng)目的所有步驟融合到同源的軟件環(huán)境中，它可被同時(shí)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(dòng)化任務(wù)。

　　KEBA：KeMotionr5000系列控制器

　　KEBA機(jī)器人控制系統(tǒng)通過VxWorks平臺(tái)或者+RTX實(shí)時(shí)擴(kuò)展平臺(tái)保證軟件運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)性，通過運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)控制單元可以實(shí)現(xiàn)對總線式伺服驅(qū)動(dòng)器的控制，從而達(dá)到對機(jī)器人的精確控制。

　　KeMotionr5000系列控制器是一套完整的面向多軸運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)面向各種應(yīng)用的搭配?？刂葡到y(tǒng)軟件的核心部分是運(yùn)行在控制器硬件平臺(tái)（x86嵌入式微處理器）上一整套軟件。

　　VxWorks中運(yùn)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(fù)責(zé)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，包括機(jī)器人的軌跡規(guī)劃和插補(bǔ)操作，而SoftPLC則負(fù)責(zé)外圍信號采樣、邏輯控制等功能。并且，KEBA工業(yè)自動(dòng)化針對客戶的不同需求為機(jī)械及機(jī)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(jī)器人：SIASUN-GRC機(jī)器人控制器

　　新松機(jī)器人SIASUN-GRC機(jī)器人控制器器采用32位計(jì)算機(jī)全數(shù)字控制，整個(gè)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(jì)的計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)以功能鍵驅(qū)動(dòng)的全菜單操作的漢字機(jī)器人操作系統(tǒng)。

　　主計(jì)算機(jī)采用工業(yè)級486DX4-100微型單板計(jì)算機(jī)，具有可靠性高，運(yùn)算速度快等特點(diǎn)?？蛇m用于不同的機(jī)器人本體、機(jī)器人軸數(shù)和應(yīng)用背景，具有較大的靈活性；實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和多個(gè)變位機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，改善了圓弧的插補(bǔ)精度，內(nèi)嵌PLC功能；并且SIASUN-GRC機(jī)器人控制器為通用機(jī)器人控制器，完全可以應(yīng)用于其他的場合。

　　英威騰：八軸機(jī)器人控制系統(tǒng)

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

　　另外，此機(jī)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(yùn)動(dòng)控制。適用于焊接、噴涂、碼垛等工藝，并且可以針對機(jī)器人實(shí)現(xiàn)定制化。

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

　　固高：開放式、可重組機(jī)器人控制器

　　固高開放式、可重組機(jī)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(jī)器人工藝軟件模塊。

　　目前，該控制器系統(tǒng)可以運(yùn)用到空間串聯(lián)六關(guān)節(jié)機(jī)器人、SCARA、DELTA2，DELTA3、Tripod、噴涂專用S形手腕、非標(biāo)準(zhǔn)空間串聯(lián)六關(guān)節(jié)、Gantry、Steward等機(jī)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(jī)器人標(biāo)定系統(tǒng)，提供簡易機(jī)器人標(biāo)定方式，支持全自動(dòng)一鍵標(biāo)定；并且自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)標(biāo)定算法，可對DH模型、減速比、零點(diǎn)偏差，TCP進(jìn)行標(biāo)定，還原系統(tǒng)精度。

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

　　研華R8800 EtherCat六關(guān)節(jié)機(jī)器人控制器是一款基于EtherCat數(shù)字通訊控制伺服驅(qū)動(dòng)器與I/O模塊的機(jī)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有耐摔、防水的性能。

　　該系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng)，經(jīng)過詳細(xì)的調(diào)校測試，掌握系統(tǒng)運(yùn)行的所有細(xì)節(jié)，并將十余年來歷經(jīng)的實(shí)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(shí)時(shí)性。同時(shí)提供開放式的人機(jī)編輯，方便性與擴(kuò)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(rèn)可和好評。

　　值得一提的是，R8800 EtherCat六關(guān)節(jié)機(jī)器人控制器內(nèi)建六關(guān)節(jié)機(jī)器人算法，在示教模式上，采用彈性程序編輯，并且自帶脫機(jī)編程與學(xué)習(xí)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(gè)創(chuàng)新發(fā)展趨勢。

　　高精度和高速度

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

　　當(dāng)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(yùn)動(dòng)控制器的指標(biāo)，同時(shí)，它也是開發(fā)者的聚焦點(diǎn)。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(biāo)定問題，也叫運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定。

　　多軸聯(lián)動(dòng)

　　在加工復(fù)雜自由曲線以及型面時(shí)，為了提高輪廓的質(zhì)量又要同時(shí)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(dòng)能力有要求。

　　如今，多軸聯(lián)動(dòng)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(shí)現(xiàn)八軸驅(qū)動(dòng)。

　　網(wǎng)絡(luò)化

　　運(yùn)動(dòng)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(yùn)用現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)等，把布置于不同位置的運(yùn)動(dòng)控制器通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

　　利用互聯(lián)，可以很方便地組建分布式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)并且對運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行多軸擴(kuò)展，這樣，便可以實(shí)現(xiàn)構(gòu)建功能更為強(qiáng)大、柔性更高的運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，但是在可擴(kuò)展性上，國產(chǎn)機(jī)器人還有一些差距。

　　嵌入式架構(gòu)

　　嵌入式的運(yùn)動(dòng)控制器的主要特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)嵌入式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的高系統(tǒng)集成度。這樣一來，它便克服了計(jì)算機(jī)型運(yùn)動(dòng)控制器的大體積、高能耗等缺點(diǎn)。目前，嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器慢慢成為主流，這使運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)控制器受到了格外的重視，其先后形成了幾個(gè)重要的開放式體系標(biāo)準(zhǔn)，例如美國的OMAC、 日本的OSEC以及歐盟的OCEAN。這些標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)器人控制系統(tǒng)如需增加機(jī)器人的數(shù)量，只需為每臺(tái)新增機(jī)器人增裝一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，還可選擇安裝一個(gè)過程模塊，最多可控制四臺(tái)機(jī)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(shí)際應(yīng)用的不斷檢驗(yàn)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(yùn)用到運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，在對控制性能進(jìn)行改善的同時(shí)，需要對系統(tǒng)自學(xué)習(xí)、自診斷以及容錯(cuò)能力進(jìn)行提升。

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

　　驅(qū)控一體化

　　在實(shí)際應(yīng)用過程中，機(jī)器人控制系統(tǒng)往往會(huì)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(yùn)而生。

　　驅(qū)控一體化能有效解決了伺服驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)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(jī)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。