在閑聊時，提到了機(jī)器人控制的一些零碎概念，包括控制器、驅(qū)動器、運(yùn)動控制器、PLC、單片機(jī)等，習(xí)慣了從理論和算法上談控制，當(dāng)回到硬件上時多少對這些概念有些模糊，甚至?xí)鞛橐徽?。控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是工業(yè)機(jī)器人的核心零部件，本文將從硬件的角度將對控制器進(jìn)行概述。
1控制
第一代控制
在最早的時候，控制器是由機(jī)械結(jié)構(gòu)為控制手段的，以基地式儀表、水庫水位測量等為代表，如圖1，如果實(shí)際轉(zhuǎn)速降低到期望值以下，調(diào)速器的離心力下降，控制閥會上升，進(jìn)入蒸汽量增加，蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速隨之增大，達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的目的。
圖1蒸汽速度控制系統(tǒng)
在機(jī)器人方面，有我國著名的木牛流馬、水轉(zhuǎn)百戲木偶、魯班鳥等純機(jī)械控制的機(jī)器人，采用人力、水力、風(fēng)力為動力進(jìn)行自動結(jié)構(gòu)，以及一些靠彈簧發(fā)條、重力作為驅(qū)動力的隨動傳動機(jī)器人，在當(dāng)今控制領(lǐng)域亦不失為一種精妙的控制手段。
圖3依靠推力前行的足式設(shè)計
第二代控制
隨著繼電器控制技術(shù)和調(diào)節(jié)器為代表，發(fā)展出了模擬控制技術(shù)，此時執(zhí)行機(jī)構(gòu)以電氣元件、氣動元件、液壓元件等為主要機(jī)構(gòu)，控制依靠繼電器與主開關(guān)進(jìn)行控制，如圖4。
圖4繼電器控制
分揀機(jī)器人研究現(xiàn)狀可編程邏輯控制器PLC是基于繼電器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并迅速簡化了電氣連接，并豐富了控制手段。
如圖5，EPSON六軸機(jī)器人是由PLC邏輯控制不同關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角，以滿足一定的動作時序。
圖5EPSON六軸機(jī)器人
第三代控制
20世紀(jì)70年代后，隨著計算機(jī)的發(fā)展，采用單一計算機(jī)控制整個工業(yè)系統(tǒng)即直接數(shù)字控制是第三代控制系統(tǒng)，主要技術(shù)代表包括用于流程工業(yè)的集散控制系統(tǒng)、用于離散工業(yè)的可編程控制器、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等。
此時，控制器的種類開始層出不窮，目前控制器有三種主要的控制方式：PLC控制、專用控制、PC-Based控制等，其特點(diǎn)如表1.
表1不同控制方式及特點(diǎn)
在第三代控制發(fā)展下，控制領(lǐng)域擴(kuò)大到運(yùn)動控制、過程控制、開關(guān)量邏輯控制等，其中運(yùn)動控制最常應(yīng)用，并植入復(fù)雜算法以滿足更智能更精準(zhǔn)的功能需求。國產(chǎn)控制器是與國外產(chǎn)品相比，可控制的機(jī)器人類型齊全，主要差距在于操作精度和穩(wěn)定性。
2控制器
伺服系統(tǒng)與控制系統(tǒng)的關(guān)系
伺服系統(tǒng)是系統(tǒng)終端執(zhí)行結(jié)構(gòu)根據(jù)控制控制指令實(shí)現(xiàn)包括位移、轉(zhuǎn)速和力矩等唯獨(dú)動作的設(shè)備總成，包括控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)、編碼器等組成，決定了自動化機(jī)械的精度、控制速度和穩(wěn)定性。
快遞分揀機(jī)器人工作可分為液壓、啟動和電氣三類，目前廣泛使用的是電氣伺服系統(tǒng)，其中交流同步伺服已成為高精度伺服系統(tǒng)的主流。
伺服系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，屬于控制系統(tǒng)中的一種。
運(yùn)動控制器、控制器與驅(qū)動器
垃圾分揀機(jī)器人單機(jī)械臂運(yùn)動控制器是控制電動機(jī)運(yùn)行方式的控制器，屬于三類控制器中的專用控制器，比如電動機(jī)在由行程開關(guān)控制交流接觸器而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)拖動物體向上運(yùn)行達(dá)到指定位置后又向下運(yùn)行，或者用時間繼電器控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)一會停一會再轉(zhuǎn)一會再停。
運(yùn)動控制主要涉及步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)的控制，控制結(jié)構(gòu)模式一般是：控制裝置+驅(qū)動器+電機(jī)。
控制裝置可以是PLC系統(tǒng)，也可以是專用的自動化裝置。
電機(jī)驅(qū)動器是用來控制和給電機(jī)供電的一個器件，其包括電機(jī)控制板和電機(jī)驅(qū)動板兩個部分。
電機(jī)控制板上面包括主控芯片，pwm輸出電路，濾波電路，加密芯片等部分，電機(jī)驅(qū)動板部分包括逆變器部分（即ipm或者igbt和二極管的組合），電源轉(zhuǎn)換部分（包括整流部分，電源保護(hù)部分，放電部分等），電流采樣部分，通信部分等等。
所以，三者關(guān)系即運(yùn)動控制器屬于控制器中的專用控制器一類，用于控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是電機(jī)時，需要在運(yùn)動控制器與電機(jī)之間使用驅(qū)動器。
單片機(jī)、嵌入式控制器、PLC與運(yùn)動控制卡
單片機(jī)一般用于電子電路的控制器，一般用于控制電路板上的元件，是一種芯片，不能單獨(dú)使用；
而PLC、嵌入式控制器是由單片機(jī)、微控制器組成的通用控制器，可以直接使用；
分揀機(jī)器人哪里有運(yùn)動控制卡則需要基于PC運(yùn)行，屬于PC-based控制器。
Ardunio、arm、單片機(jī)、樹莓派
都用于嵌入式開發(fā)，但ARM是一種處理器架構(gòu)，而單片機(jī)是一個包含了CPU內(nèi)存ROM等的芯片，Arduino和樹莓派相當(dāng)于老年機(jī)與智能機(jī)的開發(fā)平臺/板，對比如表2
表2嵌入式開發(fā)硬件架構(gòu)
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