智能接待機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理：串行和并行兩種結(jié)構(gòu)

從機(jī)器人控制的處理方式來看，其控制結(jié)構(gòu)一般可以分為串行和并行兩種結(jié)構(gòu) 類型 。

(1)串行控制結(jié)構(gòu)。是指機(jī)器人的控制算法是由串行計(jì)算機(jī)來處理。這種類型的控制器從計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)、控制方式又可分為以下幾種89]。

① 單CPU 結(jié)構(gòu)、集中控制方式。用一臺(tái)功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能。

② 二 JCPU 結(jié)構(gòu)、主從式控制方式。 一JCPU 為主機(jī)，擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)管理、編譯和人機(jī) 接口功能，同時(shí)也完成坐標(biāo)變換、軌跡插補(bǔ)，定時(shí)地把運(yùn)算結(jié)果作為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的增量送到 公用內(nèi)存，供二J CPU 讀��；二J CPU 完成全部關(guān)節(jié)位置數(shù)字控制。

③ 多CPU 結(jié)構(gòu)、分布式控制方式。目前大多數(shù)商品化機(jī)器人控制器都是這種結(jié)構(gòu)。 它主要采用上、下位機(jī)二J分布式結(jié)構(gòu)，上位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)管理以及運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算和軌 · 跡規(guī)劃等。下位機(jī)由多CPU 組成，每個(gè)CPU 控制一個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，這些 CPU 和主控機(jī)聯(lián) 系是通過總線形式的緊耦合。

上述三類控制器都是采用串行方式來計(jì)算機(jī)器人的控制算法。它們存在的一個(gè)共 同弱點(diǎn)是計(jì)算負(fù)擔(dān)重、實(shí)時(shí)性差。所以大多采用離線規(guī)劃和前饋補(bǔ)償解耦等方法來減輕 實(shí)時(shí)控制中的計(jì)算負(fù)擔(dān)。當(dāng)機(jī)器人在運(yùn)行中受到干擾時(shí)其性能將受到影響，更難以保證 高速運(yùn)動(dòng)中所要求的精度指標(biāo)。

(2)并行處理結(jié)構(gòu)。并行處理技術(shù)是提高計(jì)算速度的一個(gè)重要手段，能滿足機(jī)器人控制的實(shí)時(shí)性要求。機(jī)器人控制器并行處理技術(shù)研究較多的是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué) 的并行計(jì)算算法及其實(shí)現(xiàn)。1982年，J.Y.S.Luh 次提出機(jī)器人動(dòng)力學(xué)并行處理問 題，這是因?yàn)殛P(guān)節(jié)型機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程是一組非線性強(qiáng)耦合的二階微分方程，求解計(jì) 算十分復(fù)雜[90]。提高機(jī)器人動(dòng)力學(xué)算法計(jì)算速度可以為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算力矩法、非線性前饋法、自適應(yīng)控制法等打下基礎(chǔ)。開發(fā)并行算法的途徑之一就是改造串行算法，使之 并行化，然后將算法映射到并行結(jié)構(gòu)。構(gòu)造并行控制結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制器一般采用以下 方式。

①開發(fā)機(jī)器人控制專用VLSI, 依 靠 VLSI 芯片內(nèi)并行體系結(jié)構(gòu)解決機(jī)器人控制算 法中大量的計(jì)算，提高運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程的計(jì)算速度91]。

②利用有并行處理能力的芯片式計(jì)算機(jī)構(gòu)成并行處理網(wǎng)絡(luò)，比如英國(guó)Inmos 公司研 制并生產(chǎn)的并行處理芯片式計(jì)算機(jī)Transputer。

③利用通用的微處理器構(gòu)成并行處理結(jié)構(gòu)支持計(jì)算，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制策略在線實(shí)時(shí)計(jì) 算[92],詳見參考文獻(xiàn)[99]。