2013年中国机器人控制器市场现状及行业发展趋势预测

    内容摘要：控制器最为重要的是其运行的软件模块，通过动力学算法控制机器人的动作和响应各种信号，进行人机交互，实现高精度的运动和定位。

    一、控制器的发展现状

    控制器、软件与本体一样，一般由机器人厂家自主设计研发。控制器最为重要的是其运行的软件模块，通过动力学算法控制机器人的动作和响应各种信号，进行人机交互，实现高精度的运动和定位。目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发。目前通用的多轴控制器平台主要分为以嵌入式处理器（DSP、POWER PC）为核心的运动控制卡和以工控机加实时系统为核心的软PLC 系统，其代表分别是Delta Tau 的PMAC 卡和Beckhoff 的TwinCAT 系统。国内的在运动控制卡方面，固高公司已开发出相应成熟产品，但在机器人上的应用还相对较少。

    二、控制器的发展趋势

    机器人控制器和控制结构发展趋势方面，不仅要具有快速的响应特性，较高的跟踪精度，而且应该有良好的通用性和扩展性。采用传统控制结构固有的缺点逐渐暴露出来，例如由于配线过多，对系统进行调试及维修比较困难；采用基于模拟信号的数据传输方式，系统的抗噪声能力很差；由于控制器的模块繁多, 模块之间的连接复杂，而且相互制约，难以实现十几个轴以上的同步协调运动控制；机器人所采用的专用的封闭式体系结构阻碍了机器人控制器的发展，满足不了现代工业柔性化发展的要求。同时目前的机器人控制智能型，交互性较差，操作安全性还有待提高。

    因此机器人控制器的发展趋势便现在三个方面：

    1、开放性的体系结构：

    最早关于开放式控制器的研究源于美国。早在 1981 年，美国国防部为了减少军备制造对日本控制系统的依赖性，开始了名为“下一代控制器(NGC，Next Generation Controller)” 的计划，并成立了美国国家制造科学中心(NCMS，National Center of Manufacturing Sciences)，其主要目的是拟订并推进开放式体系结构的标准规范SOSAS(Specification for an Open System Architecture Standard) 。其后有许多相关的研究计划在世界各国相继启动，其中比较重要，影响较大的三项研究工作分别是美国的 OMAC(Open Modular Architecture Controller) ，欧洲的OSACA(Open System Architecture for Controls within Automation Systems) ，以及日本的OSEC(Open System Environment Controller) 。这些工程的目标是开发可以控制各种基于标准的自动化硬件平台和操作环境的机器人和工业自动化系统。开发适用于机器人控制的通用软件包，其应用范围从最底层的实时伺服控制、到智能传感器处理，到高层人机交互，涉及机器人控制的各个方面。

    2、总线控制方式：

    在现场总线分布式结构中，各种开关量、模拟量就近转变成数字信号，所有总线设备间均采用数字信号进行通信，减小了传输误差，提高了测量和控制精度。现场总线的应用使导线和连接附件大量减少，安装、调试及维护的开销大幅度下降，并且使系统具有优异的远程监控功能和故障诊断功能，提高了系统的可靠性。现场总线还使系统硬件扩展更加方便，当控制轴数和IO 点数增加时，对系统的硬件结构没有影响，便于系统的扩充和裁减。由于现场总线的协议是公开的，不同厂商的设备只要符合相应的标准，就可以实现互联、互换。目前国际上有60 多种现场总线形式，常用的有Profibus 、DeviceNet、CAN、CANOpen 、 SyqNet、SERCOS 和EtherCAT 等。这点同时也是进行多机器人网络化控制的基础。

    3、智能化和网络化

    控制器的智能化和网络化同样是发展趋势，未来的工业机器人应该具有视觉，触觉，具有很强的人机交互能力和学习能力，因此需要控制器具有多传感器信息融合能力。同时，机器人之间可以任意组成网络，完成多机器人协调控制，进一步提高自动化和智能化程度。