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我有一个心愿：让中国的工业因工业机器人的大规模崛起而腾飞！

想要梦想成真，首先要做的一件事就是大范围的普及工业机器人的基础知识和实际应用。那么我今天就通过设备集成系统的分析来阐述一下机器人在工业领域的应用。

工业机器人在工业领域中到底扮演一个什么样的角色呢？对于一些刚踏入这个行业的朋友们我一般会打个比喻：机器人在设备中扮演的是左脑和双手的角色，双手是执行机构即机械手臂，我们都懂的，为什么说的是左脑?其实机器人这左脑本可以将整台设备的控制全部承担起来，但机器人的编程用的是高级语言，没有PLC的编程在工业控制中来的轻松容易，所以右半脑大多时候还是由在工业控制中的霸主PLC来扮演。

那左右半脑和双手这三者各自在设备集成中又是如何体现自我价值的，而他们之间又存在着什么样的联系呢？接下来我想接着用些通俗易懂的语言来把上述问题大概的解释一下。

先来介绍一下左脑吧，我们说的左脑即机器人的控制柜，内部存储着机器人控制的全部程序，我们实际中主要应用的有两大块：一是根据设备编写机器人程序；二是灵活使用机器人各类坐标系。

图1 设备的左脑：机器人控制柜

机器人程序

由于在设备使用中我们只能看到机器人在按照既定的轨迹行走，所以我常常被刚入门的同学问及：机器人轨迹大部分既然由机械类软件生成，那么你们设备集成的关于机器人还有什么好做的？这里我回答一下吧：机器人的程序分为两大块，控制程序和轨迹程序，而轨迹程序只是机器人整个程序中等待被调用的数据包，控制程序才是真正的主角。一般来说，控制程序包括与PLC的通讯、对轨迹的调用、安全区域设定、防撞、中断、报警等各类功能，由于每个功能的详述都要占很大的篇幅，可以在以后的文章中逐渐展开。

坐标系

图2 机器人各类坐标系

接下来要说的就是坐标系了，虽然各家的工业机器人命名不同或者功能上有些花哨的小技巧，但实际上使用的核心坐标系是一样的，主要包括：工具坐标系，用户坐标系，世界坐标系这三大类。工具坐标系是将坐标系建立在机器人手臂末端所加持的工具的最前端尖点上的，是随着工具的移动和姿态转变而不停的变化的，不同的工具也有不同坐标系。用户坐标系是将坐标系建立在机器人的操作对象上的，可能是用来夹持固定产品的胎具，也可能是等待焊接的汽车外壳，对此我也想打个比喻：，如果说机器人的工具是机械手臂拿着的笔，那么用户坐标系就是就作业本，作业本规定了你写字的范围，相信你已经懂了。用户坐标系的作用当然不止于此，当设备发生了碰撞导致工作台偏移，这时你只需要重新对机器人示教用户坐标系即可，在实际使用中是非常实用的功能。

图3 用户坐标系的实用功能

世界坐标系就是以机器人底座中心为原点的坐标系，有一个非常通俗易懂的名称：大地坐标系。有此命名是有原因的，因为其他的坐标系都是经过偏移计算在她的基础上转换而来的而且不能被改动，所以像是大地母亲一般，被尊称为大地坐标系。

左脑就先大概的介绍到这里，右脑的出现让对高级语言编程叫苦不迭的工程师们大大的松了一口气，他就是我们工业领域里耳熟能详的PLC（可编程逻辑控制器）。

图4 设备的右脑：PLC

PLC这个右脑在整个设备中相当于家庭中好妈妈的角色：她的关心面面俱到。首先，她要和左脑控制柜通讯，要发号施令：机器人收到的各类控制信号都是从这里发出；要用心倾听：机器人的反馈信号都要在这里得到处理;其次，PLC还要是个好的管家婆，因为整套设备中的外围设备：转台、电主轴、冷水机、真空泵，安全光栅等都要在这里得到控制。最后，PLC还要懂得放权，给谁？控制面板。因为她要接收控制面板上各类控制按钮被按下后传来的信号，还要将自己的报警信息传到控制面板的显示屏上，由工程师来解决。由此可见，PLC在工业控制中的霸主头衔绝对名副其实。

下面要介绍的这双手绝对是勤劳敬业的双手，有着“24小时连续工作、不吃饭、不闹情绪、不要求涨工资的双手”的美誉，他就是我们的执行机构——机械手臂。

图5 设备的双手：机械手臂

机械手臂在整台设备中是一个绝对服从的上级指令的士兵角色，但是又拥有超越士兵的优点：精准和高效。有三点是我想分享的：第一，机械手臂会准确无误的到达每一个目标点，严格按照编好的轨迹程序完成给定任务，站在这些表面上不起眼的能力背后的是精准的刹车系统和高速的运算系统；第二，机械手臂会根据所受外力的大小与自身能承受的极限进行比较，从而在撞到产品或者设备时及时报警以避免对设备造成损害。第三，现今各大机器人厂商都开始根据不同的用途和功能对自家机器人细分：搬运、切割、弧焊、点焊、涂胶等，设备集成商就可以从设备功能出发选购，基本不会在出现“大材小用”和“不够用”的情况了。

左右脑和双手角色诠释完了，接下来就简要的谈谈他们三个之间又存在的联系吧。

图6 设备的左右脑和双手之间的联系

首先左右脑之间是靠通信来保持信息互通的，相互之间的命令下达和即时反馈是必须的。PLC和机器人之间的通讯种类较多，包括Modbus ,Profibus-DP ,Devicenet和Ethernet，又比较繁复，根据不同的通信协议有不同的程序编写方法。这里就拿Ethernet（工业以太网）作为一个简单的例子用几个比喻来分析一下：PLC和机器人的通信我们比作两人互相送礼物（这礼物就是打包好的命令字），那么有很多种通信方式就是有很多条路，首先需要双方都选定Ethernet这条路才能互相找到对方的家，然后等礼物送到后就是拆礼物，礼物拆开后根据不同的命令字执行不同的任务，就是这样。一般用到两台机器人以上的设备，机器人之间的通讯也采用这样的方式。然后再看左右脑和双手的关系，很明显，我们知道右脑PLC是一个间接的控制，而左脑控制柜就才是双手的直接命令发布者，包括机械手臂上马达的得电和失电，轨迹程序的调用与执行，加一个激光测刀槽即可实现的自动换刀；那PLC的间接控制是如何实施的呢？通过刚才我们说的“礼物包”里的命令字，转化为机器人的布尔量，然后再有机器人条件的满足去调用轨迹，从而实现对机械手臂的控制。

   工业机器人基础知识的普及还有很长的路要走，但我信心满满，因为我知道我不是一个人在战斗！