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

從機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)。是指機器人的控制算法是由串行計算機來處理。這種類型的控制器從計算機結(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。用一臺功能較強的計算機實現(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，擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)管理、編譯和人機 接口功能，同時也完成坐標(biāo)變換、軌跡插補，定時地把運算結(jié)果作為關(guān)節(jié)運動的增量送到 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)商品化機器人控制器都是這種結(jié)構(gòu)。 它主要采用上、下位機二J分布式結(jié)構(gòu)，上位機負責(zé)整個系統(tǒng)管理以及運動學(xué)計算和軌 · 跡規(guī)劃等。下位機由多CPU 組成，每個CPU 控制一個關(guān)節(jié)運動，這些 CPU 和主控機聯(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算機器人的控制算法。它們存在的一個共 同弱點是計算負擔(dān)重、實時性差。所以大多采用離線規(guī)劃和前饋補償解耦等方法來減輕 實時控制中的計算負擔(dān)。當(dāng)機器人在運行中受到干擾時其性能將受到影響，更難以保證 高速運動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)是提高計算速度的一個重要手段，能滿足機器人控制的實時性要求。機器人控制器并行處理技術(shù)研究較多的是機器人運動學(xué)和動力學(xué) 的并行計算算法及其實現(xiàn)。1982年，J.Y.S.Luh 次提出機器人動力學(xué)并行處理問 題，這是因為關(guān)節(jié)型機器人的動力學(xué)方程是一組非線性強耦合的二階微分方程，求解計 算十分復(fù)雜[90]。提高機器人動力學(xué)算法計算速度可以為實現(xiàn)復(fù)雜的計算力矩法、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)的機器人控制器一般采用以下 方式。

①開發(fā)機器人控制專用VLSI, 依 靠 VLSI 芯片內(nèi)并行體系結(jié)構(gòu)解決機器人控制算 法中大量的計算，提高運動學(xué)和動力學(xué)方程的計算速度91]。

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

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