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摘 要：本文介绍了基于B&R（贝加莱）系统的机器人的机械系统组成、控制系统的硬件结构、软件架构，重点介绍了基于B&R（贝加莱）控制器而体现出的先进性。
关键词：机器人 贝加莱 力矩前馈 TRF Automation Studio
中图分类号：TN2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0009-02
奇瑞汽车股份有限公司是中国最大的自主品牌汽车生产商之一，随着生产规模不断扩大，工业机器人的应用数量也越来越多，为了降低生产成本，奇瑞公司从2007年开始自主研发工业机器人，目前已完成基于贝加莱控制器的第三代机器人的研发，下面就已开发的机器人的机械系统、控制系统、系统软件三部分进行分析。
1 机械系统
1.1 机械本体组成
机器人机械系统主要由机械本体和外围结构组成，如图1所示。机械本体主要由底座部分、平衡缸部分、大臂、小臂部分和手腕部分组成，外围结构主要由管线包和工具组成。
1.2 机械本体性能参数
机器人具有六个自由度，最大负载可达370公斤，该机器人也是我国自主研发的最先进的大负载工业机器人，各项性能参数达到国际先进水平，具体参数如表1所示。
2 控制系统
机器人控制系统硬件结构主要由四个部分组成：移动式面板（示教器），工控机，伺服驱动器和伺服电机。
2.1 移动式面板
移动式面板是用于机器人人机交互操作，如示教再现，动态显示和参数调试等，本系统采用贝加莱Mobile Panel MP50移动式面板，该面板具有6.5英寸TFT真彩触摸屏、Intel PXA 270处理器、256 MB DRAM、128 MB Flash等，操作系统为Windows CE实时操作系统。
2.2 工控机
工控机采用的是基于英特尔双核处理器的高性能高可靠性的贝加莱工业计算机APC820，集分析运算和运动控制于一体。APC820是针对各种恶劣环境而设计的，设计中不带内部电缆，为实现最高等级的抗振性和操作安全性提供了保障。
2.3 伺服驱动器与伺服电机
伺服驱动器采用的是贝加莱公司最新开发的智能型ACOPOSMulti驱动器，具有尺寸紧凑，模块化结构，一个驱动器可以带两个伺服电机等特点。伺服电机选择的是贝加莱公司设计的高精度，高动态响应，带有多圈绝对式编码器的同步伺服电机。
3 系统软件设计
3.1 机器人系统软件架构
机器人系统软件主要基于贝加莱Automation Studio（AS）软件工具开发，AS软件提供可扩展性、多平台性能以及强大的灵活性，支持贝加莱全系列产品的控制、显示、运动控制及通信的开发。
控制系统软件主要分为人机界面与下位机两部分。机器人系统软件架构如图2 所示。
3.2 人机界面软件功能
机器人的人机界面由主页面、设置页面、I/O、文件管理、程序编辑、Move、报警七个页面组成。其中主界面主要是机器人处于工作状态时的界面，该页面的主要功能是执行程序，机器人进入工作状态。设置界面主要功能是对轴的编码器进行清零、管理示教点的位置、工具参数设置、修改密码等。Move页面主要的功能是进行点动机器人，设置点动机器人的速度，显示六个轴的位置状态。
3.3 下位机软件功能
下位机软件主要分为运动控制、I/O处理、故障处理、基于模型的力距前馈控制四部分。
运动控制主要处理机器人运动学算法、逻辑控制程序以及运动中需要的直线插补与圆弧插补等，已开发了CNC库和TRF_Lib库。CNC库功能负责运动规划及插补，TRF_Lib库功能负责正逆运动学算法。
I/O处理和故障处理主要通过调用系统功能块来完成I/O信号处理和故障处理。
力矩前馈控制对各轴之间的动态耦合进行补偿，解决了单纯的位置控制造成的当机器人以高速大范围运动时，控制效果不理想，如出现振动和轨迹偏差大等现象，工作机理如图3所示。
4 系统先进性
由于工控机APC820具有强大的运算能力，并通过高速实时以太网PowerLink（100Mbps）连接工控机与伺服驱动器，能够实现复杂的运动控制算法对伺服电机的集中式控制，并且能够实现一台工控机对多台6轴机器人的控制。
贝加莱的软件开发平台AS集成有标准的关节型机器人运动功能模块，使得用户开发和调试机器人软件的时间大为缩短。系统具有很强的可扩展性，APC820通过X2X总线接口可以方便地连接Ethernet、Powerlink等主流现场总线模块。由于系统硬件模块少，电气布置简单，一方面减少了电控柜的体积；另一方面使得电气系统的可靠性得到了提高。系统支持VNC，webserver和moderm等远程维护和诊断功能，ACOPOSMulti驱动器还具有能实现能源再生功能，这些为机器人控制系统向智能化，安全，节能环保的方向发展提供了空间。
5 结论
工业机器人作为现代制造业主要的自动化装备之一已以广泛应用，借助于POWERLINK通信技术、智能型的ACOPOSMulti驱动器、高性能的APC820工控机以及多平台性能的Automation Studio软件开发工具，使得基于贝加莱系统开发的这款机器人整体性能达到国际领先水平。
参考文献
[1] B&R Product Catalog，2010 Edition.奥地利：贝加莱工业自动化（上海）有限公司
[2] 蔡自兴.机器人学[M].清华大学出版社，2009.
关键词：机器人 贝加莱 力矩前馈 TRF Automation Studio
中图分类号：TN2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0009-02
奇瑞汽车股份有限公司是中国最大的自主品牌汽车生产商之一，随着生产规模不断扩大，工业机器人的应用数量也越来越多，为了降低生产成本，奇瑞公司从2007年开始自主研发工业机器人，目前已完成基于贝加莱控制器的第三代机器人的研发，下面就已开发的机器人的机械系统、控制系统、系统软件三部分进行分析。
1 机械系统
1.1 机械本体组成
机器人机械系统主要由机械本体和外围结构组成，如图1所示。机械本体主要由底座部分、平衡缸部分、大臂、小臂部分和手腕部分组成，外围结构主要由管线包和工具组成。
1.2 机械本体性能参数
机器人具有六个自由度，最大负载可达370公斤，该机器人也是我国自主研发的最先进的大负载工业机器人，各项性能参数达到国际先进水平，具体参数如表1所示。
2 控制系统
机器人控制系统硬件结构主要由四个部分组成：移动式面板（示教器），工控机，伺服驱动器和伺服电机。
2.1 移动式面板
移动式面板是用于机器人人机交互操作，如示教再现，动态显示和参数调试等，本系统采用贝加莱Mobile Panel MP50移动式面板，该面板具有6.5英寸TFT真彩触摸屏、Intel PXA 270处理器、256 MB DRAM、128 MB Flash等，操作系统为Windows CE实时操作系统。
2.2 工控机
工控机采用的是基于英特尔双核处理器的高性能高可靠性的贝加莱工业计算机APC820，集分析运算和运动控制于一体。APC820是针对各种恶劣环境而设计的，设计中不带内部电缆，为实现最高等级的抗振性和操作安全性提供了保障。
2.3 伺服驱动器与伺服电机
伺服驱动器采用的是贝加莱公司最新开发的智能型ACOPOSMulti驱动器，具有尺寸紧凑，模块化结构，一个驱动器可以带两个伺服电机等特点。伺服电机选择的是贝加莱公司设计的高精度，高动态响应，带有多圈绝对式编码器的同步伺服电机。
3 系统软件设计
3.1 机器人系统软件架构
机器人系统软件主要基于贝加莱Automation Studio（AS）软件工具开发，AS软件提供可扩展性、多平台性能以及强大的灵活性，支持贝加莱全系列产品的控制、显示、运动控制及通信的开发。
控制系统软件主要分为人机界面与下位机两部分。机器人系统软件架构如图2 所示。
3.2 人机界面软件功能
机器人的人机界面由主页面、设置页面、I/O、文件管理、程序编辑、Move、报警七个页面组成。其中主界面主要是机器人处于工作状态时的界面，该页面的主要功能是执行程序，机器人进入工作状态。设置界面主要功能是对轴的编码器进行清零、管理示教点的位置、工具参数设置、修改密码等。Move页面主要的功能是进行点动机器人，设置点动机器人的速度，显示六个轴的位置状态。
3.3 下位机软件功能
下位机软件主要分为运动控制、I/O处理、故障处理、基于模型的力距前馈控制四部分。
运动控制主要处理机器人运动学算法、逻辑控制程序以及运动中需要的直线插补与圆弧插补等，已开发了CNC库和TRF_Lib库。CNC库功能负责运动规划及插补，TRF_Lib库功能负责正逆运动学算法。
I/O处理和故障处理主要通过调用系统功能块来完成I/O信号处理和故障处理。
力矩前馈控制对各轴之间的动态耦合进行补偿，解决了单纯的位置控制造成的当机器人以高速大范围运动时，控制效果不理想，如出现振动和轨迹偏差大等现象，工作机理如图3所示。
4 系统先进性
由于工控机APC820具有强大的运算能力，并通过高速实时以太网PowerLink（100Mbps）连接工控机与伺服驱动器，能够实现复杂的运动控制算法对伺服电机的集中式控制，并且能够实现一台工控机对多台6轴机器人的控制。
贝加莱的软件开发平台AS集成有标准的关节型机器人运动功能模块，使得用户开发和调试机器人软件的时间大为缩短。系统具有很强的可扩展性，APC820通过X2X总线接口可以方便地连接Ethernet、Powerlink等主流现场总线模块。由于系统硬件模块少，电气布置简单，一方面减少了电控柜的体积；另一方面使得电气系统的可靠性得到了提高。系统支持VNC，webserver和moderm等远程维护和诊断功能，ACOPOSMulti驱动器还具有能实现能源再生功能，这些为机器人控制系统向智能化，安全，节能环保的方向发展提供了空间。
5 结论
工业机器人作为现代制造业主要的自动化装备之一已以广泛应用，借助于POWERLINK通信技术、智能型的ACOPOSMulti驱动器、高性能的APC820工控机以及多平台性能的Automation Studio软件开发工具，使得基于贝加莱系统开发的这款机器人整体性能达到国际领先水平。
参考文献
[1] B&R Product Catalog，2010 Edition.奥地利：贝加莱工业自动化（上海）有限公司
[2] 蔡自兴.机器人学[M].清华大学出版社，2009.