1、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
控制器是機(jī)器人系統(tǒng)的核心，國(guó)外有關(guān)公司對(duì)我國(guó)實(shí)行嚴(yán)密封鎖。近年來(lái)隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器的性能越來(lái)越高，而價(jià)格則越來(lái)越便宜，目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了1-2美金的32位微處理器。高性?xún)r(jià)比的微處理器為機(jī)器人控制器帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，使開(kāi)發(fā)低成本、高性能的機(jī)器人控制器成為可能。為了保證系統(tǒng)具有足夠的計(jì)算與存儲(chǔ)能力，目前機(jī)器人控制器多采用計(jì)算能力較強(qiáng)的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片組成。此外，由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全滿(mǎn)足某些機(jī)器人系統(tǒng)在價(jià)格、性能、集成度和接口等方面的要求，這就產(chǎn)生了機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)SoC(SystemonChip)技術(shù)的需求，將特定的處理器與所需要的接口集成在一起，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)外圍電路的設(shè)計(jì)，縮小系統(tǒng)尺寸，并降低成本。例如，Actel公司將NEOS或ARM7的處理器內(nèi)核集成在其FPGA產(chǎn)品上，形成了一個(gè)完整的SoC系統(tǒng)。在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器方面，其研究主要集中在美國(guó)和日本，并有成熟的產(chǎn)品，如美國(guó)DELTATAU公司、日本朋立株式會(huì)社等。其運(yùn)動(dòng)控制器以DSP技術(shù)為核心，采用基于PC的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)。
2、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
在控制器體系結(jié)構(gòu)方面，其研究重點(diǎn)是功能劃分和功能之間信息交換的規(guī)范。在開(kāi)放式控制器體系結(jié)構(gòu)研究方面，有兩種基本結(jié)構(gòu)，一種是基于硬件層次劃分的結(jié)構(gòu)，該類(lèi)型結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在日本，體系結(jié)構(gòu)以硬件為基礎(chǔ)來(lái)劃分，如三菱重工株式會(huì)社將其生產(chǎn)的PA210可攜帶式通用智能臂式機(jī)器人的結(jié)構(gòu)劃分為五層結(jié)構(gòu);另一種是基于功能劃分的結(jié)構(gòu)，它將軟硬件一同考慮，其是機(jī)器人控制器體系結(jié)構(gòu)研究和發(fā)展的方向。
3、控制軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境
在機(jī)器人軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境方面，一般工業(yè)機(jī)器人公司都有自己獨(dú)立的開(kāi)發(fā)環(huán)境和獨(dú)立的機(jī)器人編程語(yǔ)言，如日本Motoman公司、德國(guó)KUKA公司、美國(guó)的Adept公司、瑞典的ABB公司等。很多大學(xué)在機(jī)器人開(kāi)發(fā)環(huán)境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作，提供了很多開(kāi)放源碼，可在部分機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)下進(jìn)行集成和控制操作，目前已在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了許多相關(guān)實(shí)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)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-March17.2006、MARIE.V.0.4.0、FlowDesigner.v.0.9.0、RobotFlow.v.0.2.6等等。從機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看，對(duì)機(jī)器人軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境有兩方面的需求。一方面是來(lái)自機(jī)器人最終用戶(hù)，他們不僅使用機(jī)器人，而且希望能夠通過(guò)編程的方式賦予機(jī)器人更多的功能，這種編程往往是采用可視化編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，如樂(lè)高M(jìn)indStormsNXT的圖形化編程環(huán)境和微軟RoboticsStudio提供的可視化編程環(huán)境。
4、機(jī)器人專(zhuān)用操作系統(tǒng)
(1)、VxWorks，VxWorks操作系統(tǒng)是美國(guó)WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，是Tornado嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。VxWorks具有可裁剪微內(nèi)核結(jié)構(gòu);高效的任務(wù)管理;靈活的任務(wù)間通信;微秒級(jí)的中斷處理;支持POSIX1003.1b實(shí)時(shí)擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn);支持多種物理介質(zhì)及標(biāo)準(zhǔn)的、完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等。
(2)、WindowsCE，WindowsCE與Windows系列有較好的兼容性，無(wú)疑是WindowsCE推廣的一大優(yōu)勢(shì)。WindowsCE為建立針對(duì)掌上設(shè)備、無(wú)線(xiàn)設(shè)備的動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序和服務(wù)提供了一種功能豐富的操作系統(tǒng)平臺(tái)，它能在多種處理器體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行，并且通常適用于那些對(duì)內(nèi)存占用空間具有一定限制的設(shè)備。
(3)、嵌入式Linux，由于其源代碼公開(kāi)，人們可以任意修改，以滿(mǎn)足自己的應(yīng)用。其中大部分都遵從GPL，是開(kāi)放源代碼和免費(fèi)的。可以稍加修改后應(yīng)用于用戶(hù)自己的系統(tǒng)。有龐大的開(kāi)發(fā)人員群體，無(wú)需專(zhuān)門(mén)的人才，只要懂Unix/Linux和C語(yǔ)言即可。支持的硬件數(shù)量龐大。嵌入式Linux和普通Linux并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，PC上用到的硬件嵌入式Linux幾乎都支持。而且各種硬件的驅(qū)動(dòng)程序源代碼都可以得到，為用戶(hù)編寫(xiě)自己專(zhuān)有硬件的驅(qū)動(dòng)程序帶來(lái)很大方便。
(4)、μC/OS-Ⅱ，μC/OS-Ⅱ是著名的源代碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)內(nèi)核，是專(zhuān)為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的，可用于8位，16位和32位單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。它的主要特點(diǎn)是公開(kāi)源代碼、可移植性好、可固化、可裁剪性、占先式內(nèi)核、可確定性等。
(5)、DSP/BIOS，DSP/BIOS是TI公司特別為其TMS320C6000TM，TMS320C5000TM和TMS320C28xTM系列DSP平臺(tái)所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一個(gè)尺寸可裁剪的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，是TI公司的CodeComposerStudioTM開(kāi)發(fā)工具的組成部分之一。DSP/BIOS主要由三部分組成：多線(xiàn)程實(shí)時(shí)內(nèi)核;實(shí)時(shí)分析工具;芯片支持庫(kù)。利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)程序，可以方便快速的開(kāi)發(fā)復(fù)雜的DSP程序。
5、機(jī)器人伺服通信總線(xiàn)技術(shù)
目前國(guó)際上還沒(méi)有專(zhuān)用于機(jī)器人系統(tǒng)中的伺服通信總線(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通常根據(jù)系統(tǒng)需求，把常用的一些總線(xiàn)，如以太網(wǎng)、CAN、1394、SERCOS、USB、RS-485等用于機(jī)器人系統(tǒng)中。當(dāng)前大部分通信控制總線(xiàn)可以歸納為兩類(lèi)，即基于RS-485和線(xiàn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的串行總線(xiàn)技術(shù)和基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的高速串行總線(xiàn)技術(shù)。
