交换机 1794-IF4I 数字模块

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1.运动控制为数控机床、机器人等高端装备“大脑”

1.1 运动控制系统是数控机床、机器人等高端装备高效运行核心环节

运动控制系统是依照具体的运动轨迹要求，根据负载情况，通过驱动器、驱动执行电机完 成相应运动轨迹要求的系统。通常包括运动控制器、驱动、执行器、运动反馈单元等。运动控制系统是依照具体的运动轨迹要求，根据负载情况，通过驱动器、驱动执行电机完 成相应运动轨迹要求的系统。通常包括运动控制器、驱动、执行器、运动反馈单元等。

运动控制系统经过多年发展，目前普遍以基于计算机的数字控制为基础，在云计算、工业 互联网、人工智能等新技术加持下，运动控制系统的智能化、柔性化、控制精度等各方面 能力均快速提升。

运动控制系统属于国家战略物资，对于数控机床、机器人及各类高端装备高质高小运行至 关重要，运动系统的智能化控制是装备领域和制造行业的核心技术，决定了装备的精度、 效率。

1.2 运动控制器为运动控制开始，通用运动控制器分为 PLC 控制器、嵌入式控制器、 PC-based 控制卡

运动控制器由轨迹生成器、插补器、控制回路和步序发生器四部分构成。首先由轨迹生成 器计算出任务希望的理想轨迹，插补器根据位置或速度反馈单元的实际状态，按照轨迹生 成器的要求，计算出驱动单元下一步将要执行的命令，然后交由控制回路进行**控制。如果是步进电机，则还有一部分就是步序发生器，步序发生器根据控制回路控制指令进一 步生成控制相序和脉冲，达到控制运动对象的目的。

运动控制器的硬件按照核心器件组成包括基于微处理器（MCU）、专用芯片（ASIC）、PC-Based、 数字信号处理芯片（DSP）、可编程逻辑控制器（PLC）、多核处理器等。随着技术的进步和 完善，运动控制器从以单片机、微处理器或专用芯片作为核心处理器，发展到以 DSP 和 FPGA 作为核心处理器的通用开放式运动控制器。

根据平台不同，通用运动控制器可以分为 PLC 控制器、嵌入式控制器和 PC-Based 控制卡 三大类。

1.3 运动控制器+执行器（驱动电机）+传感器构成了主流运动控制系统

伺服系统是一种能对机械运动按预定要求进行自动控制的系统，其作用是使输出的机械位 移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角），实现输出变量**跟随或复现输入变量。

伺服系统目前主要包括交流伺服系统、直流伺服系统和步进系统三类。

为实现高速度、高精度运动控制，伺服系统需对距离、位移、速度、加速度（力）、角度、 角速度、角加速度等参数进行检测，并通过实时监测实现闭环反馈，需要与传感器进行配 套使用。

常见传感器包括光栅尺（直线位移检测）、编码器（角位移检测）、激光雷达/视觉检测（距 离检测）、电阻应变式传感器（力矩检测）等。

2.人形机器人运动控制难度预计将显著加大，有望带来市场需求增量

2.1 工业机器人通常采用 PC 作为上位机完成人机交互/轨迹规划，基于 PLC 或 PC-Based 控制器通过关节控制、位置控制、力控制实现运动控制

工业机器人广泛应用于工业自动化领域，控制系统是机器人的核心部分，其功能强弱、性 能优劣直接影响机器人的终性能。通常采用 PC 上位机+专用运动控制器的架构，以 PC 为上位机完成人机交互和运动轨迹规划，重点设计了基于DSP和FPGA的专用运动控制器， 其中 DSP 完成机器人运动控制任务的调度，实现对机器人关节空间的实时控制，FPGA 则 用于控制系统所需各功能接口的设计。实现了直角坐标空间的机器人轨迹规划和速度控制， 具备直线和圆弧基本轨迹插补算法及 S 形曲线加减速算法，改善机器人前端运动的平稳性。

轨迹规划直接决定了机器人的运动方式。轨迹规划为基于工作任务和机器人性能，求解机 器人位姿等运动量关于时间的函数，输入为期望轨迹、运动学和动力学参数，输出机器人 各关节或末端执行器的运动量，包括位移、速度、加速度等的时间序列。工业机器人机器人轨迹规划一般分为基本轨迹规划和优轨迹规划，其中基本轨迹规划分 为笛卡尔空间规划和关节空间规划。

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