运动控制在工业自动化市场的开发中发挥了关键技术

如今，机器人的行为模式主要基于人类提供的编程内容来执行重复的操作。今天的机器人和各种移动电子产品的差异，包括汽车，飞机等，位于他们是否可以在不参与控制的情况下操作。在工业制造领域，由于对重复和常规运动的巨大需求，这也恰好为工业机器人的发展提供了一个很好的环境。

在工业自动化环境中，运动控制是最关键的环节之一。人类最大的缺点就是会有错误，对于工业生产线来说，往往会造成轻微的生产线损坏，严重的会对人员造成伤害。

通过机器自动化操作可以避免很多人为错误，但必须确保机器可以接受正确的指令并执行预期的操作，并且这些指令仍必须手动给予机器。如何使机器能够根据命令行动是机器运动控制的应用类别。

运动控制器是机器运动控制系统的大脑，负责计算机器所需的运动轨迹。由于这个操作过程是非常重要的，所以通常是由板上的数字信号处理器(如DSP)来执行，以避免给上位机带来额外的负担和干扰。例如，由于杀毒软件的执行而中断了机器的运行，从而导致生产线停止。运动控制器将利用自身计算的轨道来确定适当的扭矩命令，并将该命令发送给电机放大器来产生运动过程。

在运动控制器的操作期间必须关闭PID控制回路。由于该操作需要极高的精度并且是稳定操作所必需的，因此控制回路通常直接在电路板上关闭。除了关闭控制回路外，运动控制器还监视紧急限制并停止功能，以确保该过程的安全性。如果可以直接从电路板或实时系统执行这些任务，可以确保运动控制系统的稳定性，准确性和安全性。

运动轨道通常代表运动控制器的电路板控制操作或输出到驱动器和放大器的命令信号，然后电机将遵循轨道移动。运动控制器根据程序的参数值计算运动轨迹的轨道部分。为了计算轨道，运动控制器可以使用所需的目标位置，最大目标速度和用户提供的加速度值来确定三个主动作部分中的位置（包括加速度，恒定速度和减速度）这需要时间。

对于通用梯形轨迹的加速度部分，将根据停止位置或先前移动开始移动操作，并且将遵循指定的加速斜坡直到速度达到运动操作的预定目标速度。移动操作可以在根据当前目标速度继续在指定时间内移动，直到控制器确定减速部分的开始并停止在指定目标位置处的移动。

如果运动工作非常短，通常在加速完成之前，达到减速起点，轨迹将是三角形而不是梯形，并且达到的实际速度可能低于设定的目标速度。S曲线加速和减速是基本梯形轨道增强，即，用于加速和减速的线性斜坡被修改为非线性曲线轨道。以这种方式，斜坡的外观具有微调控制功能，可以根据惯性，摩擦，电动机动力学和其他机器运动系统的限制来调节运动跟踪的性能。

虽然具有DSP的运动控制器已经可以在许多应用中使用，但对于高精度运动控制操作，如200kHz伺服更新率，工程师必须通过自定义PCB设计所需的运动控制器。结果，有必要提高开发成本和时间，这种运动控制器具有固定功能并缺乏重新设计的灵活性，使得在操作期间更难以适应运动控制计算公式的变化。需要更高的精度和灵活性的其他应用包括半导体行业的晶片加工机，或生产线路车辆测序操作，可以复位汽车行业中的装配线。

电机放大器或驱动器是系统的重要组成部分。运动控制器首先使用一个低电流模拟电压信号来形成一个命令。通过电机放大器接收到指令后，将其转换成大电流信号驱动电机。为了能够驱动不同类型的电机，通常电机驱动有许多不同的变量。例如步进电机驱动器只与步进电机相连，而不与伺服电机相连。

除了匹配相应的电机技术外，驱动还必须提供正确的电压、连续电流和峰值电流来正确驱动电机。如果驱动提供太多电流，电机可能会损坏。如果驱动提供的电流不足，电机无法实现全转矩功能。如果电压不足，电机将无法全速运行。此外，用户还必须考虑放大器和控制器之间的连接方式。

反馈装置可用于协助运动控制器了解电机的位置。最常见的位置反馈装置是相位差编码器，它提供了起始点的相对位置。大多数运动控制器都是用这种编码器设计的。其他反馈装置包括可以提供模拟位置反馈的位移表、可以提供速度反馈的转速表、可以进行绝对位置测量的绝对编码器和可以进行绝对位置测量的解析器。

在工业机器人的应用中，只有通过互补使用离线编程和在线决策，机器人的运作就可以实现最优惠的好处。随着计算机计算速度的快速进步，更成熟的算法，以及各种工业传感器的出现，传统机器人的应用和广大移动电子产品的应用已经加速。

CNC指出，通过集成软件和硬件，它可以为机器人运动控制提供离线辅助编程和在线加速度决策。例如，机器人的拖动动作，自动跟踪和其他功能属于离线辅助编程，视觉识别技术的集成属于在线决策的实现。在这种逻辑下，我们可以定义自动驾驶汽车的路线规划属于离线编程，驾驶期间的障碍避免属于在线决策。基于这一原理，这些移动电子产品可以包括在机器人的广泛定义中。

全球运动控制市场预计将从2020年的122.6亿美元增长到2025年底的5.09%的复合年增长率，达到161.52亿美元。市场增长的主要因素是越来越多的生产过程自动化的采用和对使用集成运动控制器的兴趣的增加。

事实上，人工智能的实际目的是让机器能够自行学习，并根据不同情况下独立调整适当的生产策略。目前，在实际应用中称为人工智能的大多数功能用于将人类智能转化为计算代码，以实现自动决策目的。

在未来，人工智能的发展将日益强大，好的决策也需要一个好的运动控制器来呈现所需的制造工艺。在人工智能的运动控制中，控制器需要能够提供高速的通信通道来接收和执行人工智能的决策，反馈机器人的状态信息。此外，控制器本身的功能也会直接影响人工智能的工作量。例如，如果控制器能够支持空间弧函数，人工智能就不需要单独计算所有弧上的点坐标，这也有助于减少通信数据量。