智能接待机器人控制结构设计原理：串行和并行两种结构

从机器人控制的处理方式来看，其控制结构一般可以分为串行和并行两种结构 类型 。

(1)串行控制结构。是指机器人的控制算法是由串行计算机来处理。这种类型的控制器从计算机结构、控制方式又可分为以下几种89]。

① 单CPU 结构、集中控制方式。用一台功能较强的计算机实现全部控制功能。

② 二 JCPU 结构、主从式控制方式。 一JCPU 为主机，担当系统管理、编译和人机 接口功能，同时也完成坐标变换、轨迹插补，定时地把运算结果作为关节运动的增量送到 公用内存，供二J CPU 读取；二J CPU 完成全部关节位置数字控制。

③ 多CPU 结构、分布式控制方式。目前大多数商品化机器人控制器都是这种结构。 它主要采用上、下位机二J分布式结构，上位机负责整个系统管理以及运动学计算和轨 · 迹规划等。下位机由多CPU 组成，每个CPU 控制一个关节运动，这些 CPU 和主控机联 系是通过总线形式的紧耦合。

上述三类控制器都是采用串行方式来计算机器人的控制算法。它们存在的一个共 同弱点是计算负担重、实时性差。所以大多采用离线规划和前馈补偿解耦等方法来减轻 实时控制中的计算负担。当机器人在运行中受到干扰时其性能将受到影响，更难以保证 高速运动中所要求的精度指标。

(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手段，能满足机器人控制的实时性要求。机器人控制器并行处理技术研究较多的是机器人运动学和动力学 的并行计算算法及其实现。1982年，J.Y.S.Luh 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，求解计 算十分复杂[90]。提高机器人动力学算法计算速度可以为实现复杂的计算力矩法、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。构造并行控制结构的机器人控制器一般采用以下 方式。

①开发机器人控制专用VLSI, 依 靠 VLSI 芯片内并行体系结构解决机器人控制算 法中大量的计算，提高运动学和动力学方程的计算速度91]。

②利用有并行处理能力的芯片式计算机构成并行处理网络，比如英国Inmos 公司研 制并生产的并行处理芯片式计算机Transputer。

③利用通用的微处理器构成并行处理结构支持计算，实现复杂控制策略在线实时计 算[92],详见参考文献[99]。