机器人控制系统的发展现状及展望

2014-10-13 09:50

　　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，关于机器人控制器并行处理技术，人们研究较多的是机器人运动学和动力学的并行算法及其实现。1982年J.Y.S.Luh首次提出机器人动力学并行处理问题，这是因为关节型机器人的动力学方程是一组非线性强耦合的二阶微分方程，计算十分复杂。提高机器人动力学算法计算速度也为实现复杂的控制算法如：计算力矩法、非线性前馈法、自适应控制法等打下基础。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山现的计算，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面得到广泛应用。DSP以极快的数字运算速度见长，并易于构成并行处理网络。

　　(3)利用通用的微处理器

　　利用通用微处理器构成并行处理结构，支持计箅，实现复杂控制策略在线实时计箅。

　　机器人控制器存在的问题

　　随着现代科学技术的飞速发展和社会的进步，对机器人的性能提出更高的耍求。智能机器人技术的研究己成为机器人领域的主要发展方向，如各种精密装配机器人，力/位置混合控制机器人，多肢体协调控制系统以及先进制造系统屮的机器人的研究等。相应的，对机器人控制器的性能也提出了更高的要求。