智能接待機器人控製結構設計原理：串行和並行兩種結構

從機器人控製的處理方式來看，其控製結構一般可以分為串行和並行兩種結構 類型 。

(1)串行控製結構。是指機器人的控製算法是由串行計算機來處理。這種類型的控製器從計算機結構、控製方式又可分為以下幾種89]。

① 單CPU 結構、集中控製方式。用一台功能較強的計算機實現全部控製功能。

② 二 JCPU 結構、主從式控製方式。 一JCPU 為主機，擔當係統管理、編譯和人機 接口功能，同時也完成坐標變換、軌跡插補，定時地把運算結果作為關節運動的增量送到 公用內存，供二J CPU 讀取；二J CPU 完成全部關節位置數字控製。

③ 多CPU 結構、分布式控製方式。目前大多數商品化機器人控製器都是這種結構。 它主要采用上、下位機二J分布式結構，上位機負責整個係統管理以及運動學計算和軌 · 跡規劃等。下位機由多CPU 組成，每個CPU 控製一個關節運動，這些 CPU 和主控機聯 係是通過總線形式的緊耦合。

上述三類控製器都是采用串行方式來計算機器人的控製算法。它們存在的一個共 同弱點是計算負擔重、實時性差。所以大多采用離線規劃和前饋補償解耦等方法來減輕 實時控製中的計算負擔。當機器人在運行中受到幹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。

(2)並行處理結構。並行處理技術是提高計算速度的一個重要手段，能滿足機器人控製的實時性要求。機器人控製器並行處理技術研究較多的是機器人運動學和動力學 的並行計算算法及其實現。1982年，J.Y.S.Luh 次提出機器人動力學並行處理問 題，這是因為關節型機器人的動力學方程是一組非線性強耦合的二階微分方程，求解計 算十分複雜[90]。提高機器人動力學算法計算速度可以為實現複雜的計算力矩法、非線性前饋法、自適應控製法等打下基礎。開發並行算法的途徑之一就是改造串行算法，使之 並行化，然後將算法映射到並行結構。構造並行控製結構的機器人控製器一般采用以下 方式。

①開發機器人控製專用VLSI, 依 靠 VLSI 芯片內並行體係結構解決機器人控製算 法中大量的計算，提高運動學和動力學方程的計算速度91]。

②利用有並行處理能力的芯片式計算機構成並行處理網絡，比如英國Inmos 公司研 製並生產的並行處理芯片式計算機Transputer。

③利用通用的微處理器構成並行處理結構支持計算，實現複雜控製策略在線實時計 算[92],詳見參考文獻[99]。