本文比力了(le)機器臂跟移動機器人(ren)兩(liang)種工(gong)業機器人(ren)的控制系統計劃，對其特色停止了(le)先容(rong)。

以上(shang)分類(lei)是依據使(shi)用工具，另(ling)外，市(shi)面上(shang)更多(duo)的是通(tong)用型運動控制器，即節制非(fei)標(biao)設備的。

1控制(zhi)器底層計劃1.1機器臂(bei)類機器臂(bei)類的(de)控制(zhi)器開展較(jiao)早，絕對成(cheng)熟，先去看看現(xian)有的(de)控制(zhi)系統底層計劃。

1.2移(yi)動(dong)機(ji)器(qi)(qi)人類移(yi)動(dong)機(ji)器(qi)(qi)人的(de)控制器(qi)(qi)屬于較新的(de)標的(de)目的(de)，工業移(yi)動(dong)機(ji)器(qi)(qi)人有(you)AGV、無人駕(jia)駛工程機(ji)械等情勢。

1.3比照

機器(qi)臂對精(jing)度跟運動穩定性的要(yao)求較(jiao)(jiao)下(xia)，是(shi)以計較(jiao)(jiao)量(liang)年夜、周期短，比(bi)移(yi)動機器(qi)人(ren)普(pu)通要(yao)下(xia)1到2個量(liang)級(ji)。移(yi)動機器(qi)人(ren)普(pu)通對同步(bu)精(jing)度要(yao)求不高，其設置絕(jue)對較(jiao)(jiao)低。

機器臂普(pu)(pu)通事情于(yu)流動的區域，其控制器平(ping)常(chang)安排于(yu)機箱(xiang)內，是(shi)以防護等級不(bu)高(gao)，普(pu)(pu)通是(shi)IP20。

移動(dong)機器人因為須要時(shi)常運動(dong)，特別(bie)是室(shi)外工程機器，要思(si)量防水防塵，其防護等(deng)級較下，普通是IP67。

2CoDeSys先(xian)容2.1CoDeSys的構成

您會發明，良多的機器(qi)人控制(zhi)軟件皆是借助CoDeSys實現的，那(nei)么(me)甚么(me)是CoDeSys呢？

CoDeSys是一(yi)款付(fu)費的硬PLC開發軟件，簡略來講(jiang)，它(ta)包(bao)羅兩部(bu)門：DevelopmentSystem跟RuntimeSystem。DevelopmentSystem就是用(yong)來編程的軟件界面（便(bian)像VisualStudio、Eclipse等(deng)軟件，也可以(yi)稱為IDE），計劃、調試、編譯(yi)PLC順序皆正在(zai)IDE中(zhong)停止，這部(bu)分是用(yong)戶時常(chang)打交(jiao)道的；

PLC順(shun)(shun)序寫好了當前，就要把它轉移到(dao)硬(ying)件設備中運轉。但是(shi)這時候天生(sheng)的PLC順(shun)(shun)序本人是(shi)沒法運轉的，它還要正在(zai)必然的軟(ruan)件情況中才氣事情，這個(ge)情況就是(shi)RuntimeSystem，這部(bu)分是(shi)用戶看不到(dao)的。

兩(liang)者裝置(zhi)的地位平常分(fen)歧(qi)，IDE普(pu)通(tong)裝置(zhi)正在(zai)開辟電腦上，RuntimeSystem則位于起節制(zhi)作(zuo)用的硬件設備上，兩(liang)者普(pu)通(tong)利用網線毗鄰，順序經由過程網線下載到Runtime中運(yun)轉。

CoDeSys正(zheng)在(zai)(zai)海內(nei)知名(ming)度不高，可是正(zheng)在(zai)(zai)歐洲久(jiu)負盛名(ming)，特別正(zheng)在(zai)(zai)工業節制(zhi)范疇。咱們(men)下面提(ti)到的(de)良(liang)多機器(qi)(qi)人(ren)公司(si)皆利用了它的(de)產物，例如(ru)KEBA、倍福、固高，另有簡直(zhi)一切的(de)移動機器(qi)(qi)人(ren)控制(zhi)器(qi)(qi)廠(chang)家。

計劃CoDeSys的3S公司(si)只賣(mai)軟件(jian)，不賣(mai)硬件(jian)。硬件(jian)電路(lu)須要由用戶(hu)本(ben)人計劃，3S公司(si)擔任將RuntimeSystem移植(zhi)到(dao)客戶(hu)的硬件(jian)上(shang)。RuntimeSystem可以裸跑(pao)正在硬件(jian)上(shang)，但(dan)普(pu)通(tong)是運(yun)轉正在操作系統(tong)上(shang)，設置操作系統(tong)也是客戶(hu)的事情。

若是客戶(hu)要求，CoDeSys的(de)IDE可以(yi)定制，換(huan)成客戶(hu)的(de)logo跟表面(mian)，那就(jiu)是為何(he)您會(hui)發明分(fen)歧廠(chang)家的(de)開辟平臺(tai)長得沒(mei)有(you)一樣，但氣勢派頭又比(bi)力類似。

當然，用戶也可(ke)以利(li)用別(bie)的IDE，例如倍福便利(li)用了(le)微(wei)軟的VisualStudio，而背地的編譯(yi)器等內(nei)核和函數庫(ku)依然采取(qu)CoDeSys的計(ji)劃。

CoDeSys的(de)Runtime存(cun)在壯大(da)的(de)適應性，撐持絕大(da)多數的(de)操作系統跟硬件芯片架構。

2.2CoDeSysRuntime原理CoDeSys的IDE部門是收費的，您(nin)可(ke)以從其官網下載(zai)體驗體驗。真正免費的是運(yun)轉體系RuntimeSystem。

CoDeSys正在計劃(hua)之(zhi)初便(bian)將功用分別為若干組件模(mo)塊，例(li)如總線(xian)和談棧、可視化(hua)界面、運動(dong)節制、安全控制等(deng)(deng)等(deng)(deng)，用戶可以像搭積木一(yi)樣選購(gou)必須(xu)的模(mo)塊搭建本人的體(ti)系，最初造成一(yi)個定制化(hua)的節制軟(ruan)件平(ping)臺。

一(yi)些初度打仗硬PLC的(de)用戶(hu)能夠對這(zhe)部分覺得(de)目生(sheng)，但實(shi)在這(zhe)類計(ji)劃方(fang)法(fa)十(shi)分遍及。舉幾(ji)個(ge)例子，MATLABSimulink的(de)及時工(gong)具箱(xiang)就是如許的(de)事情方(fang)法(fa)，用戶(hu)正在Simulink的(de)圖形界面里(li)經(jing)由過程(cheng)拖拽計(ji)劃控(kong)制程(cheng)序，然后下載到真實(shi)的(de)硬件中跑，可以正在這(zhe)里(li)相識。

另有(you)像倍禍(huo)(huo)也是如許的(de)利用方法，用戶正在TwinCATIDE里(li)停止編程，然(ran)后下載到倍禍(huo)(huo)的(de)控制器(qi)中，控制器(qi)內里(li)實在曾(ceng)經(jing)預裝了(le)一(yi)個Runtime。西門(men)子的(de)STEP7也是一(yi)款IDE，它(ta)的(de)PLC中也存在一(yi)個配套的(de)Runtime。

用(yong)戶編寫的PLC順序便(bian)像(xiang)咱們電腦里的應用(yong)程序，它運(yun)轉(zhuan)正在RuntimeSystem上，而RuntimeSystem又運(yun)轉(zhuan)正在操(cao)作系(xi)統之(zhi)上。

RuntimeSystem位于(yu)應用(yong)程序跟(gen)操作(zuo)系統(tong)之(zhi)間(jian)。以(yi)是可以(yi)被稱為中間(jian)件(jian)。正在(zai)機(ji)器(qi)人軟件(jian)內(nei)里，處于(yu)一樣位置的另(ling)有ROS、OROCOS（Real-TimeToolkit）等等。

機(ji)器人的(de)(de)節制，像數控機(ji)床一樣，對實(shi)時(shi)性有要求(qiu)，是(shi)(shi)(shi)以咱們(men)取舍的(de)(de)操作系(xi)統最(zui)好是(shi)(shi)(shi)實(shi)時(shi)操作系(xi)統。遺憾的(de)(de)是(shi)(shi)(shi)，咱們(men)時(shi)常用的(de)(de)操作系(xi)統皆不是(shi)(shi)(shi)及時(shi)的(de)(de)，例如(ru)Windows跟Linux。但(dan)榮幸的(de)(de)是(shi)(shi)(shi)，有人對它們(men)停止了改(gai)革(ge)，也(ye)就是(shi)(shi)(shi)參加及時(shi)補釘(ding)。

常用(yong)(yong)的實時操作系統有(you)：VxWorks、QNX、WindowsRTX、Xenomai、RTLinux、LinuxRTAI、WinCE、μC/OS、SylixOs等(deng)等(deng)。思量(liang)到Windows跟Linux那兩(liang)款操作系統的用(yong)(yong)戶較(jiao)多，CoDeSys推出了響應(ying)的及時補釘(ding)，為用(yong)(yong)戶免去了改革的懊惱。

念(nian)相(xiang)識(shi)更(geng)多的CoDeSysRuntime信息可以瀏覽(lan)官(guan)方的文檔［MathProcessingError］［1］［2］［1］［2］。

2.3CoDeSys的(de)缺(que)陷

CoDeSys給(gei)咱們(men)開辟控(kong)(kong)制器帶來了(le)便當(dang)，省去了(le)從零開始的貧苦，可是依賴(lai)CoDeSys這類(lei)商(shang)業軟件(jian)開辟本人的控(kong)(kong)制器產物也存在很(hen)多的缺陷：

底層算法沒有公然

CoDeSys集成(cheng)的(de)運動節(jie)制(zhi)組件、總線和談棧皆是封裝好的(de)，用(yong)戶(hu)(hu)沒法(fa)相(xiang)識(shi)其外部細節(jie)，也沒法(fa)針對本人(ren)的(de)詳細需要停(ting)止定制(zhi)優化，只能簡略天挪用(yong)。用(yong)戶(hu)(hu)只能依附于CoDeSys平臺，難(nan)以造(zao)成(cheng)本人(ren)的(de)核心技術。

功用有限，難以擴展

此刻(ke)以機械(xie)視(shi)(shi)覺、人工智能、自動(dong)駕駛等為(wei)代表的(de)(de)新(xin)(xin)技巧(qiao)(qiao)日新(xin)(xin)月異，而(er)工業節制上的(de)(de)良多技巧(qiao)(qiao)依然逗留正在20年前(qian)。以移動(dong)機器人中(zhong)的(de)(de)導航場(chang)景(jing)為(wei)例，基于視(shi)(shi)覺或許(xu)激(ji)光(guang)的(de)(de)導航方式須要收(shou)羅大(da)批的(de)(de)數據并對其停止處(chu)置懲罰，此中(zhong)波及相稱多的(de)(de)矩陣計較。

而此刻PLC只能停止落后的(de)一(yi)維數字計較(jiao)，難以實現龐大的(de)算(suan)法(fa)。與人工智能圈子(zi)喜好(hao)開(kai)(kai)(kai)源的(de)氣勢派頭(tou)正(zheng)好(hao)相(xiang)反，工業節制圈子(zi)彼(bi)此封鎖，誰皆不愿(yuan)開(kai)(kai)(kai)放自家(jia)的(de)函數庫，開(kai)(kai)(kai)源函數庫少少，便連最根本的(de)濾波(bo)算(suan)法(fa)、矩陣計較(jiao)皆要本人從(cong)頭(tou)開(kai)(kai)(kai)始寫。并(bing)且(qie)，國(guo)際標準供給的(de)根本函數太(tai)甚有限，完整(zheng)沒(mei)法(fa)順應新(xin)的(de)場景，急需(xu)擴展。

難以更新

因為完整依附CoDeSys，客戶本人(ren)產物(wu)硬件的升級換代須要從頭定(ding)制(zhi)移植，招致成本增加(jia)。

3開源計劃

現階段存在一些開源的(de)控制系(xi)統計(ji)劃，例如(ru)Beremiz、Orocos、OpenPLC、OpenRTM、ORCA。

開辟(pi)機(ji)器人控制(zhi)器是個沉重的事情，要明白一系列機(ji)能要求(qiu)，起(qi)首(shou)是實時性。

實時(shi)(shi)性(xing)關于(yu)工業機(ji)器(qi)人(ren)來講普通是(shi)(shi)必需的，關于(yu)效(xiao)勞(lao)或(huo)(huo)文娛機(ji)器(qi)人(ren)則一定。普通人(ren)很簡(jian)單(dan)錯把“實時(shi)(shi)性(xing)”明白(bai)為處置懲罰或(huo)(huo)許(xu)響應(ying)速度快，可是(shi)(shi)實在(zai)“實時(shi)(shi)性(xing)”默示工夫上的“確定性(xing)”，例(li)如實時(shi)(shi)操(cao)作系統中的中止相(xiang)應(ying)或(huo)(huo)許(xu)歷程切(qie)換(huan)的延遲時(shi)(shi)間必然是(shi)(shi)正在(zai)一個工夫規模內。

咱們(men)常用的操(cao)作系統皆不(bu)(bu)(bu)是(shi)(shi)實時操(cao)作系統，由于它(ta)們(men)計劃(hua)的初志是(shi)(shi)吞吐量，不(bu)(bu)(bu)克不(bu)(bu)(bu)及(ji)保障每一(yi)個事宜(yi)皆正在必然規模內失掉處置(zhi)懲(cheng)罰。再好比(bi)，尺(chi)度(du)以太(tai)網的傳輸速度(du)比(bi)及(ji)時工(gong)(gong)業以太(tai)網快多了(le)，可是(shi)(shi)它(ta)也卻不(bu)(bu)(bu)是(shi)(shi)及(ji)時的，由于它(ta)一(yi)樣不(bu)(bu)(bu)克不(bu)(bu)(bu)及(ji)保證數據正在給定的工(gong)(gong)夫內實現傳輸。

明白實(shi)(shi)時性(xing)不太難，但是(shi)機(ji)器(qi)人哪些(xie)的使(shi)命(ming)須(xu)要及時運轉呢(ni)？若何依據機(ji)器(qi)人的機(ji)能要求肯定程序運行(xing)的工夫(fu)距(ju)離(li)呢(ni)？實(shi)(shi)時性(xing)在于硬件(jian)(jian)仍是(shi)軟件(jian)(jian)呢(ni)？

若何依據實時(shi)性取(qu)舍詳細的軟硬(ying)件呢（該取(qu)舍ARM仍(reng)(reng)是X86、LinuxRTAI仍(reng)(reng)是VxWorks）？網上(shang)短少這(zhe)方面的深化探討，各大機器人(ren)廠家也不會公然(ran)本人(ren)的測試(shi)跟(gen)實驗成果，好(hao)像這(zhe)方面次(ci)要(yao)依賴履歷跟(gen)試(shi)錯。

這里我(wo)也(ye)只能供給幾個目標，現階段工(gong)業機器臂的(de)節(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)周(zhou)期是1ms擺布，機能較下(xia)的(de)伺(si)服驅動器地位環的(de)節(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)周(zhou)期可以(yi)到(dao)達(da)125［MathProcessingError］musμs。PLCopen界說了(le)伺(si)服跟運(yun)動節(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)的(de)一些(xie)尺度，包羅編(bian)程(cheng)語(yu)言(yan)、運(yun)動節(jie)制(zhi)(zhi)(zhi)根底函數塊、輸入(ru)輸出接(jie)口的(de)參數等。