1. 多机协调控制工程导论
在单台FANUC机器人应用中，控制器只需管理一台机械本体、一套TCP和一组运动指令，问题边界相对清晰。当工件尺寸超过单台机器人的工作空间、重量超出单机负载能力，或工艺要求多个工具在同一时刻以确定的空间关系协同动作时，就必须引入多台机器人共同完成任务。此时系统从"一台控制器驱动一台本体"演变为"多台控制器通过通信与协调逻辑共同驱动多台本体"，这就是FANUC机器人多机协调控制工程要解决的核心问题。
一、什么是FANUC多机系统
FANUC多机系统指由两台或两台以上FANUC机器人（通常为R-2000iC、M-710iC、M-10iD等系列）组成的协同工作单元。按耦合程度可分为三个层次：
- 空间共存型：多台机器人共享同一工作区域，各自执行独立任务，通过区域互锁（Zone Interlock）避免碰撞，彼此之间没有运动学耦合。典型如两台机器人分别从两侧向同一夹具上下料。
- 时序协同型：各机器人动作存在先后依赖关系，通过I/O信号或现场总线（如Ethernet/IP、PROFINET）交换"就绪/完成"握手信号，实现工序接力。典型如一台机器人上料、另一台焊接、第三台下料。
- 运动协调型：多台机器人（或机器人与变位机）在同一时刻保持确定的空间位姿关系，需要实时插补同步。FANUC通过Coordinated Motion（协调运动）功能实现，典型如双机抬吊、机器人与变位机联动焊接。
三者的工程难度、调试方法和风险点差异极大，本课程将按此层次逐步展开。
二、典型应用场景
搬运场景：大型车身覆盖件、电池包、风电叶片等工件单机无法搬运。常见方案是两台机器人从工件两端同步抬升，要求两TCP在抬升过程中保持相对位姿不变，否则工件会产生扭曲应力。关键参数包括同步误差容限（通常要求≤1~2 mm）、抬升速度匹配、以及失同步时的急停响应时间。
焊接场景：厚板多层多道焊、长焊缝连续焊常采用双机对称焊接以控制热变形，或采用"机器人+变位机"协调，使焊缝始终处于船形位置。此时机器人TCP与变位机卡盘的回转轴必须保持实时联动，FANUC通过协调运动组将变位机轴与机器人轴纳入同一插补运算。
装配场景：变速箱合装、发动机缸盖拧紧等工序中，一台机器人负责定位夹持，另一台负责拧紧或压装。这类场景对力控和位置精度要求高，常配合Force Control功能，协调重点在于接触瞬间的柔顺切换与力/位混合控制。
三、协调控制与单机控制的本质区别
单机控制的核心是"一台控制器解算一条运动链"，而协调控制的核心是"多台控制器解算多条运动链，并保证它们之间的时空约束"。具体差异体现在四个方面：
| 维度 | 单机控制 | 协调控制 |
|---|---|---|
| 运动学解算 | 单链逆解 | 多链联合约束解算 |
| 通信 | 内部总线 | 控制器间实时通信（周期通常1~8 ms） |
| 时钟 | 单时钟 | 需时钟同步，否则插补相位漂移 |
| 故障处理 | 单机急停 | 需协调急停，避免工件受力失衡 |
其中时钟同步是最容易被忽视却最致命的一环。若两台控制器时钟偏差10 ms，在500 mm/s的抬升速度下就会产生5 mm的位置偏差，足以让薄壁工件变形。因此协调控制必须建立统一的时间基准，通常由主控制器通过通信周期广播同步信号。
四、课程学习地图
本课程共30章，按"基础—通信—协调—工艺—调试—运维"六段递进组织。下图展示了各模块之间的依赖关系与学习路径：
学习路径建议按"基础→通信→协调→工艺→调试→运维"顺序推进。基础篇解决"坐标系和TCP怎么统一"的问题；通信篇解决"数据怎么实时传"的问题；协调篇解决"运动怎么同步"的问题；工艺篇将前三篇能力落到具体场景；调试篇解决"误差怎么测、怎么补"的问题；运维篇解决"长期运行怎么诊断和优化"的问题。
五、学习本课程的前置要求
建议读者已具备以下基础：能独立完成单台FANUC机器人的示教与程序编写（TP程序或KAREL）；理解关节坐标系、直角坐标系、工具坐标系和用户坐标系的概念与切换方法；了解基本的工业以太网通信概念（IP地址、子网掩码、数据包）。若上述内容尚不熟悉，建议先完成单机操作与编程的基础训练，再进入本课程。