數(shù)控機床與工業(yè)機器人是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備,目前常見的數(shù)控機床與工業(yè)機器人控制系統(tǒng)大多采用嵌入式控制方案,硬件平臺與軟件系統(tǒng)高度耦合,且由于各壟斷廠商系統(tǒng)的封閉性導(dǎo)致難以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場各設(shè)備的智能化與協(xié)同化。近年來,得益于通用計算硬件計算能力的提升與開放式數(shù)控系統(tǒng)、開源機器人控制平臺的發(fā)展,以及硬件虛擬化技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)逐漸成熟,使得開發(fā)出采用通用硬件作為計算平臺、以開放式軟件作為控制系統(tǒng)、使用現(xiàn)場總線實現(xiàn)上下位機通信的數(shù)控機床控制系統(tǒng)與工業(yè)機器人控制系統(tǒng)成為可能。本文以開放式數(shù)控系統(tǒng)Linux CNC與開源機器人操作系統(tǒng)ROS為基礎(chǔ),采用Ether CAT現(xiàn)場總線為通信方式,以富士康公司生產(chǎn)的機器人本體FOXBOT-A1200為控制對象,搭建了基于ROS的FOXBOT機器人控制系統(tǒng)。以ROS提供的軌跡規(guī)劃功能包Move It!與物理場仿真功能包Gazebo為基礎(chǔ)搭建了FOXBOT-A1200工業(yè)機器人的Move It!+Gazebo聯(lián)合仿真環(huán)境。以Ig H Ether CAT Master為主站協(xié)議棧,邁信公司Maxsine EP3E系列Ether CAT總線伺服驅(qū)動器作為從站,... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

現(xiàn)階段典型數(shù)控生產(chǎn)車間實景

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-2-這些大型壟斷廠家所研制的數(shù)控系統(tǒng)都是封閉式數(shù)控系統(tǒng)，采用專用計算機系統(tǒng)，軟、硬件都不對用戶開放。在工業(yè)機器人領(lǐng)域，目前主要的工業(yè)機器人供應(yīng)商有ABB、庫卡、發(fā)那科、安川等公司，它們都采用各自開發(fā)的控制系統(tǒng)，由于商業(yè)競爭的原因，其能夠?qū)τ脩糸_放的接口也十分有限，這也導(dǎo)致了工業(yè)現(xiàn)場的各作業(yè)設(shè)備缺乏有效的消息共享渠道。圖1-2特斯拉汽車生產(chǎn)線實景由于封閉式數(shù)控系統(tǒng)與工業(yè)機器人控制系統(tǒng)存在的以上問題，以及對打破這種不同控制系統(tǒng)之間信息交流屏障的迫切需求，開放式數(shù)控系統(tǒng)與開源機器人開發(fā)平臺應(yīng)運而生。開放式數(shù)控系統(tǒng)的研究從上世紀(jì)80年代末開始，現(xiàn)在仍處于發(fā)展階段，還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。IEEE定義的開放式系統(tǒng)為：“能夠在不同廠商的多種平臺上運行，可以和其他系統(tǒng)的應(yīng)用程序互操作，并且能夠給用戶提供一致性的人機交互方式。”[2]利用開放式數(shù)控系統(tǒng)與機器人控制系統(tǒng)，能夠打破工業(yè)現(xiàn)場各設(shè)備間的信息交互壁壘，為實現(xiàn)各設(shè)備的協(xié)同控制提供條件。隨著通信帶寬、計算機運算能力與硬件虛擬化技術(shù)的發(fā)展以及開放式數(shù)控系統(tǒng)與機器人開發(fā)平臺逐漸涌現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)正在向制造業(yè)滲透，越來越多采用開放式控制平臺的自動化設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場投入使用，使得對多臺工業(yè)設(shè)備進行集中控制成為可能。近年云計算發(fā)展迅猛，云制造的概念被提出來，將整個生產(chǎn)制造系統(tǒng)搬上云端，進行集成化管理的需求日益增長。但由于工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)崟r性的要求很高，且終端設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，將工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)直接傳送到遠端的云計算中心，再請求數(shù)據(jù)處理結(jié)果，增大了系統(tǒng)的延遲。這種模式不適用對實時性要求高的工業(yè)控制領(lǐng)域，于是又提出了邊緣計算的概念[3]。邊緣計算能?

統(tǒng)的開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制”項目(簡稱OSACA)采用了分層的系統(tǒng)平臺加結(jié)構(gòu)功能單元的結(jié)構(gòu)，其目的是實現(xiàn)控制系統(tǒng)應(yīng)用程序的可移植、可擴展、可替換、可伸縮以及互操作性[2]。該項目使用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，主要由通訊系統(tǒng)、參考體系結(jié)構(gòu)和配置系統(tǒng)三部分組成。以開放源碼為基礎(chǔ)建立了面向控制器的分布式實時框架，提供實時API接口來實現(xiàn)軟件系統(tǒng)各部分的靈活耦合以及實時通信。實現(xiàn)了基于組件和面向機床的開放式數(shù)控系統(tǒng)的參考模型，提供標(biāo)準(zhǔn)接口并可以集成兼容該接口標(biāo)準(zhǔn)的第三方軟件[6]。OSACA項目的體系架構(gòu)如圖1-4所示。圖1-4歐盟OSACA架構(gòu)開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖[6]日本的“控制器開放系統(tǒng)環(huán)境”項目(簡稱OSEC)其研究目標(biāo)是對基于PC平臺的、具有高性價比的新一代開放體系結(jié)構(gòu)CNC進行開發(fā)。該項目采用模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，每一個功能由一個對應(yīng)的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)。這樣設(shè)計的好處是任務(wù)程序可以被系統(tǒng)交換出去而不影響其它任務(wù)，并且當(dāng)修改了系統(tǒng)某一部分程序后，不需要重新編譯整個軟件包�？蛻羲璧耐瓿赡骋惶囟üδ艿能浖K可以被定義為“功能塊”，某一具體功能塊可被封裝為一個對象。OSEC開放式平臺下系統(tǒng)在執(zhí)行階段具有廣泛的選擇性，例如可以自由選取安裝機制、進程間通訊方式、底層硬件設(shè)備類型和設(shè)備驅(qū)動以及具有不同功能的軟件執(zhí)行模塊等[7]。其架構(gòu)示意圖如圖1-5所示。NGC（下一代控制器）是由美國空軍主導(dǎo)進行的研究，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)協(xié)會(NIST)在NGC的基礎(chǔ)上進行了進一步研究工作，提出了增強型機床控制器（EnhancedMachineController，EMC），并建立了LinuxCNC實驗床驗證其基本方案。主導(dǎo)了OMAC項目的美國三大汽車公司聯(lián)合歐盟OSACA組織和日本的JOP

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3569398