一、工业机器人控制系统要实现的功能
机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用来控制机械手完成特定的任务。其基本功能如下:
1.存储功能:存储操作顺序、运动路径、运动方式、运动速度和生产工艺相关信息。
2.教学功能:离线编程，在线教学，间接教学。网络教学包括教学框和引导式教学。
3.与外围设备的联系功能:输入输出接口、通信接口、网络接口和同步接口。
4.坐标设置功能:共有四种坐标系:关节坐标系、绝对坐标系、刀具坐标系和用户自定义坐标系。
5.人机界面:示教盒、操作面板和显示屏。
6.传感器接口:位置检测、视觉、触觉、力觉等。
7.位置伺服功能:多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。
8.故障诊断和安全保护功能:运行时的系统状态监控、故障状态下的安全保护和故障自诊断。
二、工业机器人控制系统的组成
1.控制计算机:控制系统的调度和指挥。机构。一般有32位和64位的微处理器如奔腾系列CPU和其他类型的CPU。
2.示教盒:示教机器人的工作轨迹和参数设置，以及所有人机交互操作。它有自己独立的CPU和存储单元，通过串行通信实现与上位机的信息交互。
3.操作面板:由各种操作按钮和状态指示灯组成，只完成基本的功能操作。
4.硬盘和软盘存储器:存储机器人工作程序的外围存储器。
5.数字和模拟输入和输出:各种状态和控制命令的输入或输出。
6.打印机接口:记录要输出的各种信息。
7.传感器接口:用于机器人的信息自动检测和柔顺控制。一般是力传感器，触觉传感器，视觉传感器。
8.轴控制器:控制机器人各关节的位置、速度和加速度。
9.辅助设备控制:用于控制与机器人配合的辅助设备，如手爪定位器。
10.通信接口:机器人与其他设备实现信息交换，一般有串行接口和并行接口。
11.网络接口
1)接口:可通过以太网实现多个机器人或单个机器人的PC直接通信，数据传输速率高达/s，应用程序直接在具有库函数的PC上编程后，支持TCP/IP通信协议，数据和程序通过接口加载到各个机器人控制器中。
2)接口:支持很多流行的现场总线规范，如/O，-s，-DP，M-NET等。
9.在线编程:操作信息的记忆过程编程模式通过人工示教完成，包括直接示教模拟示教和示教盒示教。
10.离线编程:不直接示教实际机器人，而是脱离实际工作环境示教程序，利用先进的机器人和编程语言远程离线生成机器人工作轨迹。
四、机器人控制系统结构
机器人控制系统根据其控制模式可以分为三类。
1)集控系统():所有控制功能由一台计算机实现，结构简单，成本低，但实时性差，不易扩展。这种结构常用于早期机器人，其框图如图2所示。在基于PC的集中控制系统中，充分利用了PC资源的开放性，可以实现良好的开放性:各种控制卡和传感器设备可以通过标准的PCI插槽或通过标准的串口、并口集成到控制系统中。集控系统的优点是:硬件成本低，便于信息收集和分析，易于实现系统的最优控制，整体性和协调性好，便于系统基于PC的硬件扩展。其缺点也很明显:系统控制缺乏灵活性，控制风险容易集中。一旦出现故障， 其影响面广，后果严重；由于工业机器人的实时性要求很高，当系统进行大量数据计算时，系统的实时性能会降低，系统对多任务的响应能力也会与系统的实时性能发生冲突；此外，复杂的系统布线会降低系统的可靠性。
2)主从控制系统:主从处理器用于实现系统的所有控制功能。主CPU实现管理、坐标转换、轨迹生成和系统自诊断等功能。从CPU实现所有关节的运动控制。它构成了一个框图，如图3所示。主从控制系统实时性好，适合高精度、高速控制，但系统扩展性差，维护困难。
3)分散控制系统():根据系统的性质和模式，将系统控制分为若干模块，每个模块有不同的控制任务和控制策略，各模式之间的关系可以是主从关系，也可以是对等关系。该方法实时性好，易于实现高速高精度控制，易于扩展，可以实现智能控制。是目前比较流行的一种方法，其控制框图如图4所示。其主要思想是“分散控制、集中管理”，即系统可以对其总体目标和任务进行综合协调和分配，通过子系统的协调来完成控制任务。整个系统在功能、逻辑和物理上都是分散的，所以DCS系统也叫分散控制系统或分散控制系统。在这种结构中，子系统由控制器和不同的受控对象或设备组成， 子系统之间通过网络进行通信。分布式控制结构提供了一个开放、实时和精确的机器人控制系统。分布式系统中经常采用两级控制模式。
两级分布式控制系统？通常由上位机、下位机和网络组成。上位机可以进行不同的轨迹规划和控制算法，下位机可以进行插补细分和控制优化的研究和实现。上位机和下位机通过通信总线相互协调工作。这里的通信总线可以是RS-232、RS-485、EEE-488和USB总线的形式。现在，以太网和现场总线技术的发展为机器人提供了更快、更稳定、更有效的通信服务。特别是现场总线，应用于生产现场，实现以微机为基础的测控装置之间的双向多节点数字通信，从而形成一种新型的网络集成全分布式控制系统——现场总线控制系统FCS(Fi)。在工厂生产网络中， 可以通过现场总线连接的设备统称为“现场设备/仪表”。从系统论的角度来看，工业机器人作为工厂中的生产设备之一，也可以概括为现场设备。将现场总线技术引入机器人系统后，更有利于机器人在工业生产环境中的集成。
分布式控制系统的优点是:系统的灵活性好，控制系统的风险降低，多处理器的分散控制有利于系统功能的并行执行，提高系统的处理效率，缩短响应时间。
对于多自由度的工业机器人，集中控制可以很好地处理控制轴之间的耦合关系，并且可以很容易地进行补偿。但当重要官员数量增加使控制算法复杂化时，其控制性能就会变差。此外，当系统中的轴数或控制算法变得非常复杂时，可能会导致系统的重新设计。相比之下，分布式结构的每个运动轴都由一个控制器处理，这意味着系统的轴间事故更少，系统重构更高。