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,，國外有關(guān)公司對(duì)我國實(shí)行嚴(yán)密封鎖,。近年來隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器的性能越來越高,，而價(jià)格則越來越便宜，目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了1-2美金的32位微處理器。高性價(jià)比的微處理器為機(jī)器人控制器帶來了新的發(fā)展機(jī)遇,，使開發(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和日本,，并有成熟的產(chǎn)品,，如美國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,、控制軟件開發(fā)環(huán)境

　　在機(jī)器人軟件開發(fā)環(huán)境方面，一般工業(yè)機(jī)器人公司都有自己獨(dú)立的開發(fā)環(huán)境和獨(dú)立的機(jī)器人編程語言,，如日本Motoman公司,、德國KUKA公司、美國的Adept公司,、瑞典的ABB公司等,。很多大學(xué)在機(jī)器人開發(fā)環(huán)境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作,，提供了很多開放源碼，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),。國內(nèi)外現(xiàn)有的機(jī)器人系統(tǒng)開發(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)展來看,，對(duì)機(jī)器人軟件開發(fā)環(huán)境有兩方面的需求。一方面是來自機(jī)器人最終用戶,，他們不僅使用機(jī)器人，而且希望能夠通過編程的方式賦予機(jī)器人更多的功能,，這種編程往往是采用可視化編程語言實(shí)現(xiàn)的,，如樂高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)器人專用操作系統(tǒng)

　　(1),、VxWorks，VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS),，是Tornado嵌入式開發(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,、無線設(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,，人們可以任意修改,，以滿足自己的應(yīng)用。其中大部分都遵從GPL,，是開放源代碼和免費(fèi)的,。可以稍加修改后應(yīng)用于用戶自己的系統(tǒng),。有龐大的開發(fā)人員群體,，無需專門的人才，只要懂Unix/Linux和C語言即可,。支持的硬件數(shù)量龐大,。嵌入式Linux和普通Linux并無本質(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,，為用戶編寫自己專有硬件的驅(qū)動(dòng)程序帶來很大方便。

　　(4),、μC/OS-Ⅱ,，μC/OS-Ⅱ是著名的源代碼公開的實(shí)時(shí)內(nèi)核，是專為嵌入式應(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開發(fā)工具的組成部分之一,。DSP/BIOS主要由三部分組成：多線程實(shí)時(shí)內(nèi)核,；實(shí)時(shí)分析工具；芯片支持庫,。利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開發(fā)程序,，可以方便快速的開發(fā)復(fù)雜的DSP程序。

　　5,、機(jī)器人伺服通信總線技術(shù)

　　目前國際上還沒有專用于機(jī)器人系統(tǒng)中的伺服通信總線,，在實(shí)際應(yīng)用過程中，通常根據(jù)系統(tǒng)需求,，把常用的一些總線,，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可以歸納為兩類，即基于RS-485和線驅(qū)動(dòng)技術(shù)的串行總線技術(shù)和基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的高速串行總線技術(shù),。