机器人控制器类型

1、机器人控制器类型 机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置，它是机器人的心脏，决定了机器人性能的优劣。从机器人控制算法的处理方式来看，可分为串行、并行两种结构类型。1、串行处理结构所谓的串行处理结构是指机器人的控制算法是由串行机来处理。对于这种类型的控制器，从计算机结构、控制方式来划分，又可分为以下几种。(1)单CPU结构、集中控制方式用一台功能较强的计算机实现全部控制功能。在早期的机器人中，如Hero-I，Robot-I等，就釆用这种结构，但控制过程中需要许多计算（如坐标变换），而此种控制结构速度较慢。(2)二级CPU结构、主从式控制方式一级CPU为主机，担

2、任系统管理、机器人语言编译和人机接口功能，同时也利用它的运算能力完成坐标变换、轨迹插补，并定时地把运算结果作为关节运动的增量送到公用内存，供二级CPU读取；二级CPU完成全部关节位置数字控制。这类系统的两个CPU总线之间基本没有联系，仅通过公用内存交换数据，是一个松耦合的关系。对釆用更多的CPU进一步分散功能是很困难的。比如本世纪70年代生产的MoLomari机器人（5关节，直流电机驱动）的计箅机系统就属于这种主从式结构。(3)多CPU结构、分布式控制方式目前，普遍采用这种上、下位机二级分布式结构，上位机负责整个系统管理以及运动学计算、轨迹规划等。下位机由多CPU组成，每个CPU控制一个关节运

3、动，这些CPU和主控机联系是通过总线形式的紧耦合。这种结构的控制器工作速度和控制性能明显提高。但这些多CPU系统共有的特征都是针对具体问题而采用的功能分布式结构，即每个处理器承担固定任务。目前世界上大多数商品化机器人控制器都是这种结构。控制器计算机控制系统中的位置控制部分，几乎无例外地采用数字式位置控制。以上几种类型的控制器都是采用串行机來计算机器人控制算法。它们存在一个共同的弱点：计算负担重、实时性差。所以大多采用离线规划和前馈补偿解耦等方法來减轻实时控制中的计算负担。当机器人在运行中受到干扰时其性能将受到影响，更难以保证高速运动中所要求的精度指标。由于机器人控制算法的复杂性以及机器人控制性

4、能的亟待提高，许多学者从建模、算法等多方面进行了减少计算量的努力，但仍难以在串行结构控制器上满足实时计算的要求。因此，必须从控制器本身寻求解决办法。方法之一是选用高档次微机或小型机；另一种方法就是采用多处理器作并行计算，提高控制器的计算能力。2、并行处理结构并行处理技术是提高计算速度的一个重要而有效的手段，能满足机器人控制的实时性要求。从文献来看，关于机器人控制器打下基础。开发并行算法的途径之一就是改造串行算法，使之并行化，然后将算法映射到并行结构。一般有两种方式，一是考虑给走的并行处理器结构，根据处理器结构所支持的计算模型，开发箅法的并行性；二是首先开发算法的并行性，然后设计支持该算法的并行

5、处理器结构，以达到最佳并行效率。构造并行处理结构的机器人控制器的计算机系统一般采用以下方式：(1)开发机器人控制专用VLSI设计专用VLSI能充分利用机器人控制箅法的并行性，依靠芯片内的并行体系结构易于解决机器人控制算法中大量出现的计算，能大大提高运动学、动力学方程的计算速度。但由于芯片是根据具体的算法来设计的，当算法改变时，芯片则不能使用，因此釆用这种方式构造的控制器不通用，更不利于系统的维护与开发。(2)利用有并行处理能力的芯片式计算机(如：Transputer，DSP等）构成并行处理网络Transputer是英国Inmos公司研制并生产的一种并行处理用的芯片式计算机。利用Transputer芯片的4对位串通信的link对，易于构造不同的拓扑结构，且Tmnsputer具有极强的计算能力。利用Transputer并行处理器，人们构造了各种机器人并行处理器，如流水线型、树型等。随着数字信号芯片速度的不断提高，高速数字信号处理器（DSP)在信息处理的各个方