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机器人控制器研发现状


机器人控制器研发现状 1、工业机器人控制系统硬件结构 控制器是机器人系统的核心, 国外有关公司对我国实行严密封锁。 近年来随着微电子技术的 发展,微处理器的性能越来越高,而价格则越来越便宜,目前市场上已经出现了 1-2 美金的 32 位微处理器。高性价比的微处理器为机器人控制器带来了新的发展机遇,使开发低成本、 高性能的机器人控制器成为可能。 为了保证系统具有足够的计算与存储能力

,目前机器人 控制器多采用计算能力较强的 ARM 系列、DSP 系列、POWER PC 系列、Intel 系列等芯片 组成。此外,由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全满足某些机器人系统在价格、性 能、集成度和接口等方面的要求,这就产生了机器人系统对 SoC(System on Chip)技术的 需求,将特定的处理器与所需要的接口集成在一起,可简化系统外围电路的设计,缩小系统 尺寸,并降低成本。例如,Actel 公司将 NEOS 或 ARM7 的处理器内核集成在其 FPGA 产品 上,形成了一个完整的 SoC 系统。 在机器人运动控制器方面,其研究主要集中在美国和日 本, 并有成熟的产品, 如美国 DELTA TAU 公司、 日本朋立株式会社等。 其运动控制器以 DSP 技术为核心, 采用基于 PC 的开放式结构。 2、工业机器人控制系统体系结构 在控制器体系结构方面, 其研究重点是功能划分和功能之间信息交换的规范。 在开放式控制 器体系结构研究方面, 有两种基本结构, 一种是基于硬件层次划分的结构,该类型结构比较简 单,在日本, 体系结构以硬件为基础来划分,如三菱重工株式会社将其生产的 PA210 可携带 式通用智能臂式机器人的结构划分为五层结构; 另一种是基于功能划分的结构, 它将软硬件 一同考虑,其是机器人控制器体系结构研究和发展的方向。 3、控制软件开发环境 在机器人软件开发环境方面, 一般工业机器人公司都有自己独立的开发环境和独立的机器人 编程语言,如日本 Motoman 公司、德国 KUKA 公司、美国的 Adept 公司、瑞典的 ABB 公 司等。很多大学在机器人开发环境(Robot Development Environment)方面已有大量研究工作, 提供了很多开放源码,可在部分机器人硬件结构下进行集成和控制操作,目前已在实验室环 境 下 进 行 了 许 多 相 关 实 验 。 国 内 外 现 有 的 机 器 人 系 统 开 发 环 境 有 TeamBots,v.2.0e 、 ARIA,V.2.4.1、Player/Stage,v.1.6.5.1.6.2、Pyro.v.4.6.0、CARMEN.v.1.1.1、MissionLab.v.6.0、 ADE.V.1.0beta 、 Miro.v.CVS-March 17.2006 、 MARIE.V.0.4.0 、 Flow Designer.v.0.9.0 、 RobotFlow.v.0.2.6 等等。 从机器人产业发展来看,对机器人软件开发环境有两方面的需求。 一方面是来自机器人最终用户, 他们不仅使用机器人, 而且希望能够通过编程的方式赋予机

器人更多的功能,这种编程往往是采用可视化编程语言实现的,如乐高 MindStorms NXT 的 图形化编程环境和微软 Robotics Studio 提供的可视化编程环境。 4、机器人专用操作系统 (1)VxWorks,VxWorks 操作系统是美国 WindRiver 公司于 1983 年设计开发的一种嵌入式 实时操作系统(RTOS) ,是 Tornado 嵌入式开发环境的关键组成部分。VxWorks 具有可裁剪 微内核结构; 高效的任务管理; 灵活的任务间通信; 微秒级的中断处理; 支持 POSIX 1003. 1b 实时扩展标准;支持多种物理介质及标准的、完整的 TCP/IP 网络协议等。 (2)Windows CE,Windows CE 与 Windows 系列有较好的兼容性,无疑是 Windows CE 推 广的一大优势。Windows CE 为建立针对掌上设备、无线设备的动态应用程序和服务提供了 一种功能丰富的操作系统平台, 它能在多种处理器体系结构上运行, 并且通常适用于那些对 内存占用空间具有一定限制的设备。 (3)嵌入式 Linux,由于其源代码公开,人们可以任意修改,以满足自己的应用。其中大 部分都遵从 GPL,是开放源代码和免费的。可以稍加修改后应用于用户自己的系统。有庞 大的开发人员群体,无需专门的人才,只要懂 Unix/Linux 和 C 语言即可。支持的硬件数量 庞大。嵌入式 Linux 和普通 Linux 并无本质区别,PC 上用到的硬件嵌入式 Linux 几乎都支 持。 而且各种硬件的驱动程序源代码都可以得到, 为用户编写自己专有硬件的驱动程序带来 很大方便。 (4)μC/OS-Ⅱ,μC/OS-Ⅱ是著名的源代码公开的实时内核,是专为嵌入式应用设计的, 可用于 8 位,16 位和 32 位单片机或数字信号处理器(DSP) 。它的主要特点是公开源代码、 可移植性好、可固化、可裁剪性、占先式内核、可确定性等。 (5)DSP/BIOS,DSP/BIOS 是 TI 公司特别为其 TMS320C6000TM,TMS320C5000TM 和 TMS320C28xTM 系列 DSP 平台所设计开发的一个尺寸可裁剪的实时多任务操作系统内核, 是 TI 公司的 Code Composer StudioTM 开发工具的组成部分之一。 DSP/BIOS 主要由三部分 组成:多线程实时内核;实时分析工具;芯片支持库。利用实时操作系统开发程序,可以方 便快速的开发复杂的 DSP 程序。 5、机器人伺服通信总线技术 目前国际上还没有专用于机器人系统中的伺服通信总线, 在实际应用过程中, 通常根据系统 需求,把常用的一些总线,如以太网、CAN、1394、SERCOS、USB、RS-485 等用于机器 人系统中。当前大部分通信控制总线可以归纳为两类,即基于 RS-485 和线驱动技术的串行 总线技术和基于实时工业以太网的高速串行总线技术。


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