基于SMP 运动控制内核的机器人控制系统

1 引言

随着现代工业的迅速发展， 普通的人工劳动力已经不适合强度高、环境恶劣的工作要求。而随着机器人制造水平的提高， 具有高效率、质量稳定、通用性强的机器人已经受到越来越多的青睐， 并被广泛应用到柔性制造生产线上。目前， 工业生产中的搬运、焊接、喷涂等繁重工作已经逐渐被机器人所取代， 此外， 特种机器人在深海探测、消防救灾等领域也得到应用［1］。早在20 世纪70 年代， 国外一些工业发达国家的机器人就进入了实用化的阶段。经过30 多年的研究应用与改进， 目前无论在技术水平方面还是装备数量上， 以日本和德国为代表的少数几个工业发达国家都具有绝对的优势［1］。如瑞典的ABB、日本的川崎重工、德国的KUKA等。我国“863” 计划已经将机器人的研究列入其中，开发具有良好稳定性和实用性的机器人也得到了企业的广泛重视。本文主要介绍一种基于SMP 纯软件运动控制内核的机器人控制系统以及它在焊接方面的实际应用。

2 系统总体结构

SMP 系统是美国Soft ServoSystem 公司研发的基于PC 的纯软件运动控制内核。SMP 软件运行在装有Ardence＇s RTX 的Windows 系统下， 通过主计算机的CPU 运行实时运动引擎， 具有闭环反馈、多轴插补、运动程序处理和PLC 逻辑运算功能。可搭配VersioBus 光纤、Panasonic RTEX、Yaskawa MECHATROLINK、Mitsubishi SSCNET 和FXI－40等多种伺服通讯网络［2］。本机器人控制系统选用FPA－200适配卡与松下A4N 系列伺服系统构建系统的通讯平台。

2．1 系统整体结构

SMP 系统运行环境为Windows2000 ／XP， 硬件上使用普通PC 或者性能更加稳定的IPC， 高速的CPU 内核承担纯软件方式的运动插补和PLC 运算， 并通过标准的PCI 插槽与FPA－200 建立总线通信， 经由FPA－200 适配卡上面的网络接口和光纤接口直接与A4N 伺服驱动及I ／O 进行连接。利用CPU 进行纯软件运算， 节省了独立的运动控制卡和PLC 设备， 有效地降低了硬件成本。通过FPA－200 的光纤接口， 可进一步扩展I ／O 模块， 增加外围设备辅助功能。整体结构图如图1 所示。

2．2 SMP 软件结构

SMP 软件的底层模块包含三个可升级的实时引擎：PLC 引擎、SMP 引擎和SMP 运动解析器， 三个引擎相互循环配合完成运动控制的运算。CPU 给予底层模块最高优先级待遇。SMP 的上层模块则用于执行SMP 控制器， 如程序的加载、参数的设定、文件的管理和用户界面的运行。利用Ardence RTX 对Windows 进行实时性扩展， SMP Real-Time DLL 中间链接层使上层模块的应用程序可实时调用和读取底层模块的运动引擎数据和系统状态信息［2］。