上海市智能制造与机器人重点实验室是国内最早将Beckhoff基于PC的控制技术应用于机器人控制领域的科研机构之一。面对当前航空航天工业跨越式发展的新挑战，为了早日实现航空、航天工业大工件的加工，实验室开发了可应用于航空、航天工业的喷涂、铆接、打磨、制孔等作业的全方位移动工业机器人。该技术融合了移动AGV技术、机器人技术、视觉导航技术以及激光定位技术。基于PC控制的Beckhoff控制系统由于其无可比拟的优势为这一项目的开发提供了便利。

　　当前，飞机、火箭等大工件加工作业时，场地狭小，工件结构复杂多样，采用普通的固定机器人难以完成柔性加工任务。而且传统的移动平台的转向系统，存在着转弯半径大、空间利用率低、运动灵活性差、转运效率不高等诸多不利因素，严重影响了航空、航天工业等大工件的工作效率。而基于麦克纳姆轮的全方位移动机器人技术却可有效解决这一问题。

　　上海市智能制造与机器人重点实验通过Beckhoff控制系统先后开发了京剧机器人、生活服务机器人、医疗康复机器人、六自由度并联运动模拟平台等“自从2006年第一次接触Beckhoff控制系统并应用于机器人研发后，他们发现Beckhoff的基于PC控制技术对复杂算法编程具有灵活性、便利性，并能够轻松集成Windows环境中的其它软件以及自身的新算法。在Beckhoff基于PC的控制技术中，尤其是TwinCAT软件具有实时性和快速性，它可以实现复杂的运动控制，非常适合做机器人整套控制系统解决方案。Beckhoff 的产品系列涵盖了从控制系统、端子模块到伺服电机等各种产品。目前，我们的机器人设备配备了由PC、TwinCAT、EtherCAT I/O 和 EtherCAT 驱动器构成的全套 Beckhoff 控制解决方案。”实验室郭帅副研究员介绍。“由于大工件加工设备通常都是定制设备和专用设备，这就要求在硬件的选择和软件的编程上需要有更高的灵活性，移动机器人的控制系统采用CP2216一体式工控机做为控制和显示系统。因特尔酷睿i5双核处理器能够满足AGV小车的正逆解运算、终端路径插补运算、视觉定位和激光定位运算的要求。15.6英寸的多点触控显示屏以靓丽的外观和卓越的性能为人机交互和操作提供了便利。由于使用EtherCAT总线，让机器人能够获取更短的响应时间，这也是机器人控制中具有决定性意义的优点”

　　TwinCAT软件为机器人与移动平台的配合运动提供保障

　　郭帅副研究员介绍道。“由于 TwinCAT 的灵活性，在软件方面，我们可以灵活的加以发挥。全方位移动机器人的位置不是像往常一样通过 NC 程序直接控制，而是通过 TwinCAT PLC 在软件中控制。我们希望由 PLC 控制整个测试单元，为此编程了一个特殊功能块，以便直接指定所有位置。例如，可以通过用于机器人示教的操作界面轻松移动到位并固定，而无需修改 NC 程序。”

　　在全方位移动机器人的实际作业中，通常需要移动平台与机器人相互插补配合完成某一轨迹的运动。Beckhoff的TwinCAT软件中丰富的运动控制功能库为实现移动平台与机器人插补配合以及运动的过渡衔接提供了便利。在软件中采用虚拟轴与实际轴配合，利用多主轴耦合电子齿轮功能块MC_GearInMulti等方式把复杂的插补运动简化为电子齿轮的配合，顺利实现了运行中过渡衔接的插补配合。

　　NC中的外部给定功能和Matlab接口为实现麦克纳姆轮的复杂运算提供便利

　　基于麦克纳姆轮的全方位移动平台由于其独特的结构，控制系统经过复杂的控制算法后给予四个轮子电机不同的速度可以实现移动平台完成前行、横移、斜行、旋转等全方位运动。在传统PLC中实现麦克纳姆轮复杂的矩阵运算是比较困难的事情，但是通过TwinCAT3软件的TE1400组件可以把矩阵运算放在Matlab中完成。首先在Matlab中把麦克纳姆轮的算法做成有输入输出接口变量的功能块，然后通过TwinCAT3的TE1400组件将SIMULINK代码生成器的目标配置为TwinCAT，生成可以集成到TwinCAT3环境的SIMULINK语言的TcCOM模型。最后在TwinCAT3软件中加载TcCOM模型，利用TwinCAT软件自带的运动控制功能块和NC轨迹生成器可以生成小车的轨迹位置和速度，调用TcCOM模型中的麦克纳姆轮算法功能块就可以得到对应电机轮子的角度和速度。最终通过TwinCAT的NC功能中的外部给定功能块把每个周期时刻的电机角度和速度发给驱动器实现全方位平台的平稳