3　機器人控製器存在的問題

隨著現代科學技術的飛速發展和社會(hui) 的進步，對機器人的性能提出更高的要求．智能機器人技術的研究已成為(wei) 機器人領域的主要發展方向，如各種精密裝配機器人，力/位置混合控製機器人，多肢體(ti) 協調控製係統以及先進製造係統中的機器人的研究等．相應的，對機器人控製器的性能也提出了更高的要求．

但是，機器人自誕生以來，特別是工業(ye) 機器人所采用的控製器基本上都是開發者基於(yu) 自己的獨立結構進行開發的，采用專(zhuan) 用計算機、專(zhuan) 用機器人語言、專(zhuan) 用操作係統、專(zhuan) 用微處理器．這樣的機器人控製器已不能滿足現代工業(ye) 發展的要求．

從(cong) 前麵提到的兩(liang) 類機器人控製器來看，串行處理結構控製器的結構封閉，功能單一，且計算能力差，難以保證實時控製的要求，所以目前絕大多數商用機器人都是采用單軸PID控製，難以滿足機器人控製的高速、高精度的要求．雖然分布式結構在一定層次上是開放的，可以根據需要增加更多的處理器，以滿足傳(chuan) 感器處理和通訊的需要，但它隻是在有限範圍內(nei) 開放．所采用的如文獻［12］所說的“專(zhuan) 用計算機(如PUMA機器人采用PDP-11作為(wei) 上層主控計算機)、專(zhuan) 用機器人語言（如VAL）、專(zhuan) 用微處理器並將控製算法固定在EPROM中”結構限製了它的可擴展性和靈活性，因此說它的結構是封閉的．

並行處理結構控製器雖然能從(cong) 計算速度上有了很大突破，能保證實時控製的需要，但我們(men) 必須看到還存在許多問題．目前的並行處理控製器研究一般集中於(yu) 機器人運動學、動力學模型的並行處理方麵，基於(yu) 並行算法和多處理器結構的映射特征來設計，即通過分解給定任務，得到若幹子任務，列出數據相關(guan) 流圖，實現各子任務在對應處理器上的並行處理．由於(yu) 並行算法中通訊、同步等內(nei) 在特點，如程序設計不當則易出現鎖死與(yu) 通訊堵塞等現象．

綜合起來，現有機器人控製器存在很多問題，如：

（1）開放性差

局限於(yu) “專(zhuan) 用計算機、專(zhuan) 用機器人語言、專(zhuan) 用微處理器”的封閉式結構．封閉的控製器結構使其具有特定的功能、適應於(yu) 特定的環境，不便於(yu) 對係統進行擴展和改進．

（2）軟件獨立性差

軟件結構及其邏輯結構依賴於(yu) 處理器硬件，難以在不同的係統間移植．

（3）容錯性差

由於(yu) 並行計算中的數據相關(guan) 性、通訊及同步等內(nei) 在特點，控製器的容錯性能變差，其中一個(ge) 處理器出故障可能導致整個(ge) 係統的癱瘓．

（4）擴展性差

目前，機器人控製器的研究著重於(yu) 從(cong) 關(guan) 節這一級來改善和提高係統的性能．由於(yu) 結構的封閉性，難以根據需要對係統進行擴展，如增加傳(chuan) 感器控製等功能模塊．

（5）缺少網絡功能

現在幾乎所有的機器人控製器都沒有網絡功能．

總起來看，前麵提到的無論串行結構還是並行結構的機器人控製器都不是開放式結構，無論從(cong) 軟件還是硬件都難以擴充和更改．例如，商品化的Motoman機器人的控製器是不開放的，用戶難以根據自己需要對其修改、擴充功能，通常的做法是對其詳細解剖分析，然後對其改造．

4　機器人控製器的展望

隨著機器人控製技術的發展，針對結構封閉的機器人控製器的缺陷，開發“具有開放式結構的模塊化、標準化機器人控製器”是當前機器人控製器的一個(ge) 發展方向．近幾年，日本、美國和歐洲一些國家都在開發具有開放式結構的機器人控製器，如日本安川公司基於(yu) PC開發的具有開放式結構、網絡功能的機器人控製器^［13］．我國863計劃智能機器人主題也已對這方麵的研究立項^［14］．

開放式結構機器人控製器是指：控製器設計的各個(ge) 層次對用戶開放，用戶可以方便的擴展和改進其性能．其主要思想^［15］是：

（1）利用基於(yu) 非封閉式計算機平台的開發係統，如Sun, SGI, PC’s．有效利用標準計算機平台的軟、硬件資源為(wei) 控製器擴展創造條件．

（2）利用標準的操作係統，如Unix,Vxwork和標準的控製語言，如C，C++．采用標準操作係統和控製語言，從(cong) 而可以改變各種專(zhuan) 用機器人語言並存且互不兼容的局麵．

（3）采用標準總線結構，使得為(wei) 擴展控製器性能而必須的硬件，如各種傳(chuan) 感器，I/O板、運動控製板可以很容易的集成到原係統．

（4）利用網絡通訊，實現資源共享或遠程通訊．目前，幾乎所有的控製器都沒有網絡功能，利用網絡通訊功能可以提高係統變化的柔性．

我們(men) 可以根據上述思想設計具有開放式結構的機器人控製器．而且設計過程中要盡可能做到模塊化．模塊化是係統設計和建立的一種現代方法，按模塊化方法設計，係統由多種功能模塊組成，各模塊完整而單一．這樣建立起來的係統，不僅(jin) 性能好、開發周期短而且成本較低．模塊化還使係統開放，易於(yu) 修改、重構和添加配置功能．文獻［16］基於(yu) 多自主體(ti) 概念設計的新型控製器就是按模塊化方法設計的，係統由數據庫模塊、通訊模塊、傳(chuan) 感器信息模塊、人機接口模塊、調度模塊、規劃模塊、伺服控製模塊等7個(ge) 模塊構成．

新型的機器人控製器應有以下特色：

（1） 開放式係統結構

采用開放式軟件、硬件結構，可以根據需要方便的擴充功能，使其適用不同類型機器人或機器人化自動生產(chan) 線．

（2） 合理的模塊化設計

對硬件來說，根據係統要求和電氣特性，按模塊化設計，這不僅(jin) 方便安裝和維護，而且提高了係統的可靠性，係統結構也更為(wei) 緊湊．

（3） 有效的任務劃分

不同的子任務由不同的功能模塊實現，以利於(yu) 修改、添加、配置功能．

（4） 實時性、多任務要求

機器人控製器必須能在確定的時間內(nei) 完成對外部中斷的處理，並且可以使多個(ge) 任務同時進行．

（5） 網絡通訊功能

利用網絡通訊的功能，以便於(yu) 實現資源共享或多台機器人協同工作．

（6）形象直觀的人機接口

另外，機器人控製器中，運動控製板是必不可少的．由於(yu) 機器人性能的不同，對運動控製板的要求也不同．美國Delta Tau公司推出的PMAC(Programmable Multi-axies Controller)在國內(nei) 外引起重視．PMAC是一種功能強大的運動控製器，它全麵地開發了DSP技術的強大功能，為(wei) 用戶提供了很強的功能和很大的靈活性．借助於(yu) Motorola 公司的DSP56001數字信號處理器，PMAC可以同時操縱1～8軸，比起其他運動控製板來說，有很多可取之處．

由於(yu) 適用於(yu) 機器人控製的軟、硬件種類繁多和現代技術的飛速發展，開發一個(ge) 結構完全開放的標準化機器人控製器存在一定困難，但應用現有技術，如工業(ye) PC良好的開放性、安全性和聯網性，標準的實時多任務操作係統，標準的總線結構，標準接口等，打破現有機器人控製器結構封閉的局麵，開發結構開放性、功能模塊化的標準化機器人控製器是完全可行的．

5　結束語

隨著機器人技術的發展，機器人應用領域的不斷擴大，對機器人的性能提出了更高的要求，因此，如何有效地將其他領域（如圖像處理、聲音識別、最優(you) 控製、人工智能等）的研究成果應用到機器人控製係統的實時操作中，是一項富有挑戰性的研究工作．而具有開放式結構的模塊化、標準化機器人控製器的研究無疑對提高機器人性能和自主能力、推動機器人技術的發展具有重大意義(yi) ．#p#分頁標題#e#