随着
机器人控制技术的发展,针对结构封闭的机器人控制器的缺陷,开发“具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器”是当前机器人控制器的一个发展方向.近几年,日本、美国和欧洲一些国家都在开发具有开放式结构的机器人控制器,如日本
安川公司基于PC开发的具有开放式结构、网络功能的机器人控制器[13].我国863计划智能机器人主题也已对这方面的研究立项。
开放式结构机器人控制器是指:控制器设计的各个层次对用户开放,用户可以方便的扩展和改进其性能.其主要思想[15]是:
(1)利用基于非封闭式计算机平台的开发系统,如Sun, SGI, PC's.有效利用标准计算机平台的软、硬件资源为控制器扩展创造条件.
(2)利用标准的操作系统,如Unix,Vxwork和标准的控制语言,如C,C++.采用标准操作系统和控制语言,从而可以改变各种专用机器人语言并存且互不兼容的局面.
(3)采用标准总线结构,使得为扩展控制器性能而必须的硬件,如各种传感器,I/O板、运动控制板可以很容易的集成到原系统.
(4)利用网络通讯,实现资源共享或远程通讯.目前,几乎所有的控制器都没有网络功能,利用网络通讯功能可以提高系统变化的柔性.
我们可以根据上述思想设计具有开放式结构的机器人控制器.而且设计过程中要尽可能做到模块化.模块化是系统设计和建立的一种现代方法,按模块化方法设计,系统由多种功能模块组成,各模块完整而单一.这样建立起来的系统,不仅性能好、开发周期短而且成本较低.模块化还使系统开放,易于修改、重构和添加配置功能.文献[16]基于多自主体概念设计的新型控制器就是按模块化方法设计的,系统由数据库模块、通讯模块、传感器信息模块、人机接口模块、调度模块、规划模块、
伺服控制模块等7个模块构成.
新型的机器人控制器应有以下特色:
(1) 开放式系统结构
采用开放式软件、硬件结构,可以根据需要方便的扩充功能,使其适用不同类型机器人或机器人化自动生产线.
(2) 合理的模块化设计
对硬件来说,根据系统要求和电气特性,按模块化设计,这不仅方便安装和维护,而且提高了系统的可靠性,系统结构也更为紧凑.
(3) 有效的任务划分
不同的子任务由不同的功能模块实现,以利于修改、添加、配置功能.
(4) 实时性、多任务要求
机器人控制器必须能在确定的时间内完成对外部中断的处理,并且可以使多个任务同时进行.
(5) 网络通讯功能
利用网络通讯的功能,以便于实现资源共享或多台机器人协同工作.
(6)形象直观的人机接口
另外,机器人控制器中,运动控制板是必不可少的.由于机器人性能的不同,对运动控制板的要求也不同.美国Delta Tau公司推出的PMAC(Programmable Multi-axies Controller)在国内外引起重视.PMAC是一种功能强大的运动控制器,它全面地开发了DSP技术的强大功能,为用户提供了很强的功能和很大的灵活性.借助于Motorola 公司的DSP56001数字信号处理器,PMAC可以同时操纵1~8轴,比起其他运动控制板来说,有很多可取之处.
由于适用于机器人控制的软、硬件种类繁多和现代技术的飞速发展,开发一个结构完全开放的标准化机器人控制器存在一定困难,但应用现有技术,如工业PC良好的开放性、安全性和联网性,标准的实时多任务操作系统,标准的总线结构,标准接口等,打破现有机器人控制器结构封闭的局面,开发结构开放性、功能模块化的标准化机器人控制器是完全可行的.