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                  理論原理

                  移動機器人技術漫談(八):運動控制器

                  運動控制器是移動機器人的控制中樞,主要實現執行機構精確的位置控制、速度控制、力/力矩控制等。運動控制器由硬件及軟件兩部分組成,常見的運動控制器從硬件結構上主要分為:基于MCU的運動控制器、基于PLC的運動控制器、基于IPC的運動控制器等。

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                  發布于 3個月前 閱讀:527

                         運動控制器是移動機器人的控制中樞,主要實現執行機構精確的位置控制、速度控制、力/力矩控制等。運動控制器由硬件及軟件兩部分組成,常見的運動控制器從硬件結構上主要分為:基于MCU的運動控制器、基于PLC的運動控制器、基于IPC的運動控制器等。此外,導航運動控制器、網絡運動控制器等新型運動控制器也越來越多的應用在移動機器人上。計算能力、存儲能力、接口種類及數量等是衡量運動控制器性能優劣的關鍵指標。

                  • 基于PLC的運動控制器

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                  圖1  單片機

                         微控制單元(MCU),又稱單片微型計算機或者單片機,是把CPU的頻率與規格做適當縮減,并將內存、計數器、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口,甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上,形成芯片級的計算機,為不同的應用場合做不同組合控制。

                         基于單片機的控制器把MCU嵌入到控制器中,能夠獨立運行并且帶有通用接口方式方便與其他設備通訊?;贛CU的控制器具有運行性能良好、系統的成本低等優勢。

                  • 基于PLC的運動控制器

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                  圖2  可編程邏輯控制器(PLC)

                         PLC(可編程邏輯控制器)是專為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統。它采用一種可編程的存儲器,在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令,通過數字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產過程。

                         基于PLC的控制器技術成熟、編程方便,在可靠性、擴展性、對環境的適應性方面具有明顯優勢,并且有體積小、開發周期短、方便安裝維護、互換性強等優點。但是,基于PLC的控制器不能進行復雜的數據處理,也不支持復雜算法的部署,不能實現多軸聯動等復雜的運動軌跡。

                  • 基于IPC的運動控制器

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                  圖3  工控機(IPC)

                         工控機(IPC)一般稱為工業控制計算機,是專門用于對設備、流程、參數等進行監測與控制的計算機。IPC的基本性能及相容性與商用電腦相差無幾,但IPC更注重在不同環境下的穩定性、可靠性。

                         基于IPC(工控機)的控制器是移動機器人控制系統的應用主流。由于計算機平臺的使用,為動態控制算法和復雜軌跡規劃提供了良好的硬件保障。這類控制器的軟件開發成本低、系統兼容性好、系統可靠性強、算力優勢明顯。

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                  圖4  上位機+下位機的控制架構

                         除了上述單層的控制架構以外,采用上位機+下位機的雙層控制架構一般也比較常見。上位機通常采用工控機,下位機通常采用基于MCU的嵌入式運動控制板卡,上位機和下位機之間可通過串口、USB、UDP/TCP等方式通訊。這種控制架構的工作過程是:(1)上位機給下位機發送控制命令,下位機接收到此命令并控制執行機構完成相應的動作;(2)下位機采集各個傳感器的測量數據,然后將其轉化為數字信息反饋給上位機用于決策和控制。上位機+下位機的控制方式兼顧了MCU實時性和IPC高算力的優勢。

                  admin
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                  他很懶,什么都沒有留下~