机器人控制器的现状及展望
智能机器人的发展现状及未来趋势
智能机器人的发展现状及未来趋势智能机器人近年来得到了越来越多人的关注和研究。
它们拥有智能化、自学习、自我调节等功能，可以在生产制造、服务等多个领域发挥巨大作用。
本文将从智能机器人的发展现状、应用领域、技术挑战和未来趋势等方面进行深入分析。
一、智能机器人的发展现状智能机器人起步于1961年，随着技术的不断进步和智能化凋求的发展，智能机器人的品种及应用领域也逐渐增加。
目前，智能机器人主要分为三个类别：工业机器人、服务机器人和特种机器人。
工业机器人主要应用于汽车、电子、冶金等工业领域，主要功能为搬运、装配、焊接等，以提高生产效率和降低成本。
近年来，随着工业机器人的智能化程度的不断提高，它们的应用范围也在不断扩大。
服务机器人主要应用于医疗、教育、餐饮等服务领域。
它们可以提供陪伴、照看、交互等服务，同时降低了劳动力成本，提高了服务质量。
目前，服务机器人虽然还面临着技术挑战和实用难题，但这个领域的未来发展前景十分广阔。
特种机器人主要是应用在危险场合、外太空、深海等环境中，以完成代替人类进行作业。
它们可以拆弹、搜索、勘察、采集等一系列任务，为人类安全和发展保驾护航，具有重要的社会意义和经济价值。
二、智能机器人的应用领域智能机器人应用领域广泛，可以涉及工业、医疗、教育、农业和家庭等多个领域。
以下将分别从这些应用领域进行阐述。
1.工业领域工业机器人的应用领域主要集中在汽车、电子、物流、冶金等制造及相关领域。
智能机器人在工业领域中，主要发挥着减少人力成本、提高生产效率、提高产品质量等方面的作用。
例如，利用工业机器人实现自动化生产，零件的设计、加工、成品检测全过程可以自动完成，生产效率提高了近十倍。
而自动化的生产厂家还大大降低了成本，缩短了生产周期和工艺流程，减少了人员的操作风险。
2.医疗领域智能机器人在医疗领域中主要用于手术和诊断。
从2000年开始，智能机器人在手术中的应用获得了长足的进展，其中Da Vinci机器人成为最受欢迎的机器人手术设备之一。
机器人技术的发展现状及未来发展趋势
机器人技术的发展现状及未来发展趋势近年来，随着科技的快速发展，机器人技术已经取得了长足的进步，并在许多领域展现出了巨大的潜力。
本文将探讨机器人技术当前的发展现状，以及未来的发展趋势。
一、机器人技术的当前发展现状机器人技术目前已经在诸多领域得到广泛应用，例如工业生产、医疗健康、农业和日常生活等。
在工业生产方面，机器人已经成为生产线上不可或缺的角色，能够高效地完成重复性工作，并取代人工劳动力，提高生产效率。
在医疗健康领域，机器人在手术操作、康复训练和老年护理等方面有着重要的应用，减轻了医护人员的负担，并提供了更加准确和安全的医疗服务。
在农业领域，机器人可以实现自动化的农田管理和植物种植，提高了农业生产的效益，减少了对农药和化肥的使用。
此外，机器人在家庭中也扮演着越来越重要的角色，例如智能家居、保洁和陪伴等方面。
不仅如此，机器人技术在人工智能、感知技术和运动控制等领域也取得了显著的突破。
人工智能的发展使得机器人能够具备自主学习和决策的能力，不再仅仅是机械设备的扩展。
感知技术的进步使得机器人能够感知和理解周围的环境，并作出相应的反应。
运动控制技术的提高使得机器人能够进行更加精细和准确的动作，逼真地模拟人类的行为。
这些技术的发展都推动了机器人技术的进步和广泛应用，为人类创造了更多的可能性。
二、机器人技术的未来发展趋势随着科技的不断进步，机器人技术在未来有望取得更大的突破，并将进一步改变我们的生活和社会。
以下是机器人技术未来发展的几个趋势：1. 人机交互的改善：未来机器人技术将更加注重人机交互的流畅度和自然度。
随着人工智能和语音识别技术的不断发展，我们可以期待与机器人之间的交流变得更加亲切和智能化。
机器人将能够理解我们复杂的需求，并能够根据情境做出相应的回应和决策。
2. 社会服务的延伸：随着人口老龄化的加剧和社会需求的增加，机器人技术将在社会服务方面扮演越来越重要的角色。
未来的机器人将能够提供更加全面和个性化的服务，例如医疗护理、家庭陪护、社区服务等。
智能机器人的发展现状与未来趋势
智能机器人的发展现状与未来趋势近年来，随着科技的飞速发展，智能机器人逐渐从科幻电影中走进现实生活。
如今，智能机器人已经成为人类生活中不可或缺的一部分，而其发展的现状和未来的趋势也引起了广泛的关注。
一、发展现状智能机器人的发展可以追溯到20世纪70年代早期。
最初的机器人多用于工业生产领域，如汽车厂、电子厂等。
随着技术的不断进步，机器人逐渐具备了一定的感知和识别能力，能够完成简单的视觉和语音任务。
例如，在酒店或商场中，我们常见到的服务机器人，就可以根据顾客的需求给予相应的服务。
同时，智能机器人在医疗领域的应用也越来越广泛。
无论是手术辅助机器人，还是康复训练机器人，都极大地提高了医疗质量和效率。
此外，智能机器人在警察、消防员等危险领域的应用也逐渐增多，可以替代人类完成一些危险任务，从而保障人们的安全。
二、未来趋势随着人工智能技术的突破和智能机器人的不断发展，智能机器人未来的趋势将更加多样化和智能化。
首先，智能机器人将会更好地适应人类日常生活的需求。
例如，智能家居机器人将能够通过语音指令完成打扫、烹饪等家务，提供更加便利的生活体验。
智能机器人的智能化程度将得到提升。
目前，主要通过预设程序或规则进行操作的机器人将会向更加具备自主决策能力的机器人转变。
它们能够根据环境和任务变化进行自我学习和优化，并且能够采取灵活的行动。
另外，智能机器人将不仅仅是机械结构，更加融合了人文关怀。
在医疗领域，智能机器人将能够给予病人更加温暖的陪伴和关怀。
在教育领域，智能机器人将扮演更为重要的角色，为学生提供更加个性化的辅导和教学。
三、挑战与未来展望当然，智能机器人的发展也面临着种种挑战。
首先是技术难题。
增加机器人的智能化程度需要更加强大的算法和计算能力支撑，同时还需要解决机器人自主决策中的伦理和安全问题。
其次是人机合作的挑战。
智能机器人的出现，使得人类和机器人的互动更加频繁。
然而，如何确保人机之间的顺畅沟通和合作仍然是一个亟需解决的问题。
2024年机器人控制器市场分析现状
2024年机器人控制器市场分析现状引言机器人在工业、医疗、家庭服务等领域的应用越来越广泛，而机器人控制器作为机器人系统的核心部件，对机器人的性能和功能起着重要的决定作用。
本文将对当前机器人控制器市场的现状进行分析，探讨市场的主要特点和发展趋势。
市场规模机器人控制器市场在过去几年呈现出高速增长的趋势。
根据市场研究公司的数据，2019年全球机器人市场规模达到了250亿美元，其中机器人控制器市场占据了约30%的份额。
预计到2025年，全球机器人控制器市场规模将达到400亿美元。
市场竞争格局目前，机器人控制器市场竞争激烈，主要的竞争对手包括ABB、SIEMENS、FANUC、YASKAWA等国际知名企业。
这些企业凭借其技术实力和品牌影响力，占据了市场的主要份额。
除了这些大型企业，还有一些专注于机器人控制器的创业公司涌现，它们在某些细分领域具有特殊的技术优势。
市场驱动因素机器人控制器市场的增长得益于多个因素的驱动。
首先，随着人工智能和机器学习等技术的发展，机器人控制器的功能不断增强，可以实现更复杂、智能的机器人操作。
其次，工业自动化的推进和劳动力成本的上升也促使企业采用机器人来代替人力，进一步推动了机器人控制器市场的增长。
此外，医疗、家庭服务等领域对机器人的需求也在不断增加，进一步拉动了机器人控制器市场的需求。
市场挑战与机会虽然机器人控制器市场面临巨大的机遇，但也存在一些挑战。
首先，技术创新和研发投入非常重要，企业需要不断提高机器人控制器的性能和功能，以满足市场需求。
此外，机器人控制器的价格问题也需要解决，特别是对于中小型企业来说，价格过高可能成为市场进入的障碍。
此外，一些国家在机器人控制器进口方面设有限制，这也对市场形成一定的制约。
然而，市场的挑战中也蕴含着机会。
随着机器人应用场景的不断扩大，市场对机器人控制器的需求将持续增长。
此外，随着技术的进步和成本的下降，机器人控制器有望进一步普及，推动市场的扩大。
机器人控制技术的发展趋势
机器人控制技术的发展趋势随着科技的飞速发展，机器人技术在各个领域得到了广泛应用，并不断的取得新的进步和突破，它已成为人们的生产与生活的利器。
而机器人控制技术的发展也是其取得成功的关键。
一、人类与机器人的互动随着机器人技术的发展，人类与机器人之间的互动也日趋紧密。
传统的机器人通常是单独工作，人类只能通过编程来控制它们的行动。
现在，机器人变得更加灵敏，它们能够感知周围环境，能够通过视觉、触觉、声音等传感器来感知人类的行为和语言，从而与人类进行有效的交互。
在未来，人机协同合作将成为一种趋势，更加便捷和互动的机器人与人类在生产、服务、娱乐等方面将会更加广泛地运用。
二、智能化控制新一代的机器人不再是简单的执行任务，而是越来越具备了人形化、智能化和可编程化的特点。
机器人控制技术得到了迅速的发展和提升，使其具备了更高的智能和自主性，能够根据不同的任务和环境来自主学习和执行任务。
此外，还能自动识别物体、处理数据和控制力度。
它们的智能化控制有望推动新型机器人领域的快速发展。
三、网络化控制近年来，机器人的网络化控制技术也经过了巨大的发展。
网络化控制使得机器人可以通过互联网与其他机器人或人类进行信息传输和共享，从而提高机器人的效率和可靠性，实现远程控制和协同作业。
这种技术现在已经被广泛应用于工业自动化、机器人应用、智能物流等领域。
四、模块化控制模块化控制是指利用模块化原理将机器人的控制板、传感器、电机等组成单个独立的模块，借助于模块化技术来完成对机器人的控制。
由于模块化控制技术将机器人的各个模块解耦，因此在维护、维修和升级方面具有很大优势，对于原先难以维修的故障部位，采用模块化技术可以轻松替换。
在未来，这种技术的应用将使得机器人的维修更加简单和灵活。
五、大数据控制数据对于现代机器人控制至关重要，因为它可以用来弥补机器人深度学习中缺失的知识，并辅助决策。
大数据控制将数据存储到云端，通过相应的算法和模型管理与应用这些数据，以帮助机器人更好的完成任务。
工业机器人的发展现状及发展趋势
工业机器人的发展现状及发展趋势引言概述：工业机器人是一种能够自主工作的机器人，广泛应用于生产线上的自动化生产中。
随着科技的发展，工业机器人的应用范围越来越广，性能也越来越强大。
本文将从工业机器人的发展现状和发展趋势两个方面进行详细介绍。
一、发展现状1.1 自动化水平不断提高随着工业机器人技术的不断进步，自动化水平在不断提高。
现代工业机器人可以完成更加复杂的操作，减少人工干预，提高生产效率。
1.2 应用领域不断扩大工业机器人的应用领域不断扩大，不仅在汽车制造、电子生产等传统领域有广泛应用，还在医疗、农业等领域开始发挥作用。
1.3 智能化程度逐渐提升随着人工智能技术的发展，工业机器人的智能化程度也在逐渐提升。
机器人可以通过学习和适应不同环境，更加灵活地应对各种工作场景。
二、发展趋势2.1 人机协作成为趋势未来工业机器人的发展趋势是人机协作，即机器人与人类共同工作。
机器人将更加智能化，能够与人类实现更加紧密的合作。
2.2 柔性制造技术逐渐成熟柔性制造技术是工业机器人的一个重要发展方向，未来工业机器人将更加灵活，能够适应不同的生产需求。
2.3 数据驱动的智能制造数据驱动的智能制造将成为未来工业机器人的发展方向。
通过大数据分析和人工智能技术，工业机器人可以更好地预测和优化生产过程。
三、发展挑战3.1 安全性问题随着工业机器人的普及，安全性问题成为一个重要挑战。
如何确保机器人与人类安全地共同工作是一个亟待解决的问题。
3.2 技术标准统一工业机器人的技术标准尚未完全统一，这给不同厂商的产品兼容性带来一定困难。
未来需要加强国际间的技术标准统一工作。
3.3 人才短缺随着工业机器人技术的不断发展，对高素质的人才需求也在增加。
如何培养更多的工业机器人专业人才是一个亟待解决的问题。
四、发展机遇4.1 产业升级需求随着产业升级的需求不断增加，工业机器人将有更广阔的应用空间。
机器人可以帮助企业提高生产效率，降低成本，提升竞争力。
中国机器人发展现状及趋势
中国机器人发展现状及趋势中国机器人发展现状及趋势如下：一、发展现状持续壮大：中国已连续11年成为全球最大工业机器人市场，近三年新增装机量占全球一半以上。
2022年，中国机器人全行业营业收入超过1700亿元，工业机器人产量为44.3万套，服务机器人产量达到645.8万台。
2023年上半年，工业机器人产量达到了22.2万套，同比增长5.4%，服务机器人产量353万套，同比增长9.6%。
到2024年7月，中国持有的机器人相关有效专利超过19万项，占全球比重约三分之二。
应用领域不断拓展：工业机器人广泛应用于汽车、电子、机械等制造业，且在新能源汽车、光伏产业光伏产业应用增长迅速，成为行业发展主引擎。
服务机器人在家庭服务、医疗康养、物流、餐饮等领域实现规模化应用，特种机器人在空海探索、应急救援等领域发挥重要作用。
例如，物流领域使用仓储机器人提高分拣效率；医疗领域有手术机器人协助进行高精度手术。
技术水平逐步提升：中国在机器人模块化与重构、多任务规划与智能控制、信息感知与导航等技术方向积累了一批专利成果，部分国产机器人已达到世界领先水平。
同时，人工智能、物联网和 5G 技术的深度融合，赋予机器人更高的智能化、灵活性与效率。
例如，国内首台单孔腔镜机器人能在难度更大的手术中发挥作用；列车智能巡检机器人可替代技术工人采集车底、车侧高清图像和 3D 数据。
产业集群效应显现：中国形成了以京津冀、长三角、珠三角地区为代表的机器人产业集群，拥有北京、深圳、上海、东莞、杭州、天津、苏州、佛山、广州、青岛等产业集聚地，并涌现出一批在细分领域具有较强竞争力的新锐企业和和专精特新“小巨人”企业。
企业竞争力增强：虽然我国的工业机器人市场仍以外资品牌机器人为主，但内资品牌的市场份额逐年增加，国产替代进程显著加速。
一些国内企业在机器人研发、生产和市场拓展方面取得了显著成绩，如埃斯顿等国产工业机器人领军企业。
二、发展趋势技术创新融合加速：机器人产业技术将加快融合创新突破，人工智能、大数据、云计算、物联网等新技术与机器人技术的融合将不断深化，推动机器人向更加智能化、自主化、灵活化方向发展。
机器人技术的现状及前景展望
机器人技术的现状及前景展望随着科技的快速发展，机器人技术也愈加成熟，开始在不同的领域发挥越来越重要的作用，如工业制造，医疗卫生，交通运输等。
机器人技术不仅在工业生产上提高生产能力，而且在服务业的普及和发展方面也逐渐受到了广泛的关注和追捧。
一、目前机器人技术的状况机器人是一种为人工设计，可重复执行任务的自动化系统。
现在已有成千上万种不同类型的机器人在世界各地的厂房、医院和各种机构中被广泛使用。
以制造和工业领域为例，机器人技术的应用已成为推动制造业不断升级的重要力量。
大型汽车制造商采用机器人替代人工完成车身和底盘的焊接和喷涂工作，机器人在生产中比人力操作更加精准和高效。
此外，机器人技术在协助废弃物处理、建筑设计、农业劳动力等领域也已经有所应用。
在医疗卫生领域，机器人便可用于手术和救援等重要任务。
假如地震等灾难发生后，如何迅速救援被困者的生命成为一项非常困难的任务，这时机器人恰好弥补了这一缺陷，可以通过随时的监测，迅速搜索并救助被困民众。
不仅如此，医薬科技的发展也利用了机器人技术，比如运用画中人工智能机器人来深读和感知肺部图像数据，以便进行临床辅助诊断。
机器人技术不断渗透到日常生活的方方面面，能为人们带来更便利高效的服务。
二、机器人技术的前景机器人技术的进一步发展将在未来的生活中扮演重要的角色。
一些研究者预测，未来的生活将会有很多机器人协助人们完成日常事务和工作，这些机器人将会在家庭、商店和办公室等不同场合得到应用。
机器人技术的发展也意味着在一些原来不可能完成的任务现在也有新的机会。
比如在天文学和空间航天探索等领域，机器人技术开始扮演重要的角色，完成人类无法完成的任务。
机器人是未来的趋势，也是未来的发展方向。
随着社会进步，机器人技术的应用越来越广泛，不断提高生产效率和劳动生产率的同时，也在不断创造新的就业机会。
机器人应用在生产制造和服务领域，不仅减轻了人力的压力，而且极大地提高了人们的生活品质，如保洁机器人、餐厅服务机器人、康复护理机器人等等。
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第21卷第1期1999年1月机器人 ROBOT V ol.21,No.1 J a n.,1999机器人控制器的现状及展望⒇范 永 谭 民(中国科学院自动化研究所 北京 100080)摘 要 机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一,它从一定程度上影响着机器人的发展.本文介绍了目前机器人控制器的现状,分析了它们各自的优点和不足,探讨了机器人控制器的发展方向和要着重解决的问题.关键词 机器人控制器,开放式结构,模块化1 引言从世界上第一台遥控机械手的诞生至今已有50年了,在这短短的几年里,伴随着计算机、自动控制理论的发展和工业生产的需要及相关技术的进步,机器人的发展已经历了3代[1]: (1)可编程的示教再现型机器人;(2)基于传感器控制具有一定自主能力的机器人;(3)智能机器人.作为机器人的核心部分,机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一.它从一定程度上影响着机器人的发展.目前,由于人工智能、计算机科学、传感器技术及其它相关学科的长足进步,使得机器人的研究在高水平上进行,同时也为机器人控制器的性能提出更高的要求.对于不同类型的机器人,如有腿的步行机器人与关节型工业机器人,控制系统的综合方法有较大差别,控制器的设计方案也不一样.本文仅讨论工业机器人控制器问题.2 机器人控制器类型机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置,它是机器人的心脏,决定了机器人性能的优劣.从机器人控制算法的处理方式来看,可分为串行、并行两种结构类型.2.1 串行处理结构所谓的串行处理结构是指机器人的控制算法是由串行机来处理.对于这种类型的控制器,从计算机结构、控制方式来划分,又可分为以下几种[2].(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.在早期的机器人中,如Hero-I,Robo t-I等,就采用这种结构,但控制过程中需要许多计算(如坐标变换),因此这种控制结构速度较慢.(2)二级CPU结构、主从式控制方式一级CPU为主机,担当系统管理、机器人语言编译和人机接口功能,同时也利用它的运算能力完成坐标变换、轨迹插补,并定时地把运算结果作为关节运动的增量送到公用内存,供二级CPU读取;二级CPU完成全部关节位置数字控制.这类系统的两个C PU总线之间基本没有联系,仅通过公用内存交换数据,是一个松耦合的关系.对采用更多的CPU进一步分散⒇1998-09-03收稿DOI:10.13973/ k i.rob ot.1999.01.01476 机 器 人1999年1月功能是很困难的.日本于70年代生产的M otoma n机器人(5关节,直流电机驱动)的计算机系统就属于这种主从式结构.(3)多CPU结构、分布式控制方式目前,普遍采用这种上、下位机二级分布式结构,上位机负责整个系统管理以及运动学计算、轨迹规划等.下位机由多C PU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.这种结构的控制器工作速度和控制性能明显提高.但这些多CPU系统共有的特征都是针对具体问题而采用的功能分布式结构,即每个处理器承担固定任务.目前世界上大多数商品化机器人控制器都是这种结构.控制器计算机控制系统中的位置控制部分,几乎无例外地采用数字式位置控制.以上几种类型的控制器都是采用串行机来计算机器人控制算法.它们存在一个共同的弱点: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.由于机器人控制算法的复杂性以及机器人控制性能的亟待提高,许多学者从建模、算法等多方面进行了减少计算量的努力,但仍难以在串行结构控制器上满足实时计算的要求.因此,必须从控制器本身寻求解决办法.方法之一是选用高档次微机或小型机;另一种方法就是采用多处理器作并行计算,提高控制器的计算能力.2.2 并行处理结构并行处理技术是提高计算速度的一个重要而有效的手段,能满足机器人控制的实时性要求.从文献来看,关于机器人控制器并行处理技术,人们研究较多的是机器人运动学和动力学的并行算法及其实现.1982年J.Y.S.Luh[3]首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,计算十分复杂.提高机器人动力学算法计算速度也为实现复杂的控制算法如: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.一般有两种方式,一是考虑给定的并行处理器结构,根据处理器结构所支持的计算模型,开发算法的并行性;二是首先开发算法的并行性,然后设计支持该算法的并行处理器结构,以达到最佳并行效率.构造并行处理结构的机器人控制器的计算机系统一般采用以下方式:(1)开发机器人控制专用V LSI[4,5]设计专用V LSI能充分利用机器人控制算法的并行性,依靠芯片内的并行体系结构易于解决机器人控制算法中大量出现的计算,能大大提高运动学、动力学方程的计算速度.但由于芯片是根据具体的算法来设计的,当算法改变时,芯片则不能使用,因此采用这种方式构造的控制器不通用,更不利于系统的维护与开发.(2)利用有并行处理能力的芯片式计算机(如:Tra nsputer,DSP等)构成并行处理网络Transputer是英国Inmo s公司研制并生产的一种并行处理用的芯片式计算机.利用Transputer芯片的4对位串通信的link对,易于构造不同的拓扑结构,且Transputer具有极强的计算能力.利用Transputer并行处理器,人们构造了各种机器人并行处理器,如流水线型、树型等.文献[6]利用Transputer网络实现逆运动学计算,而文献[7]以实时控制为目的,分别实现了前馈补偿及计算力矩两种基于固定模型的控制方案.随着数字信号芯片速度的不断提高,高速数字信号处理器(DSP)在信息处理的各个方面得到广泛应用.DSP 以极快的数字运算速度见长,并易于构成并行处理网络[8].文献[9]介绍了一种基于DSP 的机器人控制器,采用并行/流水线的设计方案,提高控制器性能.(3)利用通用的微处理器利用通用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.如文献[10,11]中设计的系统.3 机器人控制器存在的问题随着现代科学技术的飞速发展和社会的进步,对机器人的性能提出更高的要求.智能机器人技术的研究已成为机器人领域的主要发展方向,如各种精密装配机器人,力/位置混合控制机器人,多肢体协调控制系统以及先进制造系统中的机器人的研究等.相应的,对机器人控制器的性能也提出了更高的要求.但是,机器人自诞生以来,特别是工业机器人所采用的控制器基本上都是开发者基于自己的独立结构进行开发的,采用专用计算机、专用机器人语言、专用操作系统、专用微处理器.这样的机器人控制器已不能满足现代工业发展的要求.从前面提到的两类机器人控制器来看,串行处理结构控制器的结构封闭,功能单一,且计算能力差,难以保证实时控制的要求,所以目前绝大多数商用机器人都是采用单轴PID 控制,难以满足机器人控制的高速、高精度的要求.虽然分布式结构在一定层次上是开放的,可以根据需要增加更多的处理器,以满足传感器处理和通讯的需要,但它只是在有限范围内开放.所采用的如文献[12]所说的“专用计算机(如PUM A 机器人采用PDP-11作为上层主控计算机)、专用机器人语言(如V AL)、专用微处理器并将控制算法固定在EPROM 中”结构限制了它的可扩展性和灵活性,因此说它的结构是封闭的.并行处理结构控制器虽然能从计算速度上有了很大突破,能保证实时控制的需要,但我们必须看到还存在许多问题.目前的并行处理控制器研究一般集中于机器人运动学、动力学模型的并行处理方面,基于并行算法和多处理器结构的映射特征来设计,即通过分解给定任务,得到若干子任务,列出数据相关流图,实现各子任务在对应处理器上的并行处理.由于并行算法中通讯、同步等内在特点,如程序设计不当则易出现锁死与通讯堵塞等现象.综合起来,现有机器人控制器存在很多问题,如:(1)开放性差局限于“专用计算机、专用机器人语言、专用微处理器”的封闭式结构.封闭的控制器结构使其具有特定的功能、适应于特定的环境,不便于对系统进行扩展和改进.(2)软件独立性差软件结构及其逻辑结构依赖于处理器硬件,难以在不同的系统间移植.(3)容错性差由于并行计算中的数据相关性、通讯及同步等内在特点,控制器的容错性能变差,其中一个处理器出故障可能导致整个系统的瘫痪.(4)扩展性差目前,机器人控制器的研究着重于从关节这一级来改善和提高系统的性能.由于结构的封闭性,难以根据需要对系统进行扩展,如增加传感器控制等功能模块.77第21卷第1期范 永等: 机器人控制器的现状及展望78 机 器 人1999年1月(5)缺少网络功能现在几乎所有的机器人控制器都没有网络功能.总起来看,前面提到的无论串行结构还是并行结构的机器人控制器都不是开放式结构,无论从软件还是硬件都难以扩充和更改.例如,商品化的Mo to man机器人的控制器是不开放的,用户难以根据自己需要对其修改、扩充功能,通常的做法是对其详细解剖分析,然后对其改造.4 机器人控制器的展望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[14].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,Vx wo rk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PM AC (Prog ramma ble Multi -ax ies Co ntro ller )在国内外引起重视.PM AC 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Mo to ro la 公司的DSP56001数字信号处理器,PM AC 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.5 结束语随着机器人技术的发展,机器人应用领域的不断扩大,对机器人的性能提出了更高的要求,因此,如何有效地将其他领域(如图像处理、声音识别、最优控制、人工智能等)的研究成果应用到机器人控制系统的实时操作中,是一项富有挑战性的研究工作.而具有开放式结构的模块化、标准化机器人控制器的研究无疑对提高机器人性能和自主能力、推动机器人技术的发展具有重大意义.参 考 文 献1 王树国等.智能机器人的现状及未来.机器人技术与应用,19982 孙迪生,王炎著.机器人控制技术.机械工业出版社,19973 Luh J Y S.Sch eduling of Parallel Comp utation for a Com puter Controlled M echanical M anipulator.IEEE Trans on Syst M an Cyber,1982,SMC -12(2)4 Ling Y L C ,et al .A V LSI Robotic V ector Process or for Real -time Con trol .IEEE In t Conf on Robotics and Au toma-tion,19885 Sadayappan P ,et al .A Restructu rable V LSI Robo tics Vector Processo r Architecture fo r Real -tim e Con trol .IEEE Tran s on Robotics and Automation,1989,l 5(5)6 Fatanch H,David A F.Transpu ter-bas ed Implem etion of Real-time Robot Position Control.M icroprocess ors and M i-crosys tems ,1989,13(10)7 Has himoto K et a l .An Implementation Parallel Alg orith m for Real-time M odel-bas ed Control on a Netw ork of M icropro-ces sors.J of Robotics Res earch,1990,9(6)8 张 亮,马莉波.一种基于DSP 的通用互连网络设计方法.微处理机,1997,49 方 滨.基于多数字信号处理器系统的机器人控制器.机器人,1990,12(6)10 H ironori Kasahara ,Seinos uke Narita .Parallel Processing of Robot -arm Control Computation on a M ultimicro - processo r Sys tem.IEE E J of R obo tics and Au tomation,1985,RA -1(2)11 陈文刚,常文森等.GKD-1通用机器人多微处理机控制方法.机器人,1992,14(4)12 周学才等.开放式机器人通用控制系统.机器人,1998,20(1)79第21卷第1期范 永等: 机器人控制器的现状及展望80 机 器 人1999年1月13 W ind ow s-bas ed PC Robot Controller.YASKAW A New s Releas e,1997,1014 国家863计划智能机器人主题课题申请指南(1998-1999年度).智能机器人主题专家组,1998,315 Willian E Ford.W hat is an Open Architectu re Robot Controller?IEEE International Symposiu m on Intelligent Control.199416 黄 闪,王越超,谈大龙.先进制造技术与新型控制器的研究.机器人,1996,18(增刊)CURRENT STATE AND TENDENCIES IN THE DEVELOPMENTOF ROBOT CO N TROLLERFAN Yo ng TAN Min(Institute of Automation,Ch inese Aca demy of Science,Beijin g 100080) Abstract Robo t co nt roller is the key co mponent o f a ro bot.It has a g reat effect o n the dev elo pment of r obo t.This paper giv es a brief ov erv iew of the cur rent sta te o f the ro bo t co ntro ller s.T he adv a ntag es a nd dis-adv antag es a re analyzed.In the follo wing it is to ex plor e the key pro blems and treands o f ro bo t co nt roller. Key words Robo t co ntro ller,o pen ar chitecture,modularity作者简介 范 永:男,27岁,博士生.研究领域:机器人控制器开发,多机器人协调. 谭 民:男,36岁,研究员,博导.研究领域:机器人可靠性设计,机器人控制等. (上接第39页)AN EVOLUTIO N ARY COMPUTATION APPROACH TO GROUP BEHAVIOR ACQUISITIO N IN AUTO NOMOUS ROBOTSYAN G Jie*W U Jianbing**W U Yuehua*LIU Jiming***HE Duohui**(*Dept.of Precis ion Machinery,Univer s ity of S cience and Technology of China,Hefei230026)(**N ational Syn c h rotron Radia tion Lab;***Hon g Kon g Bap tist University) Abstract This paper at tempts to show the inter rela tio nship be tween the a uto nomy o f individua l mo bile r obo ts and the ev olutio n of their g roup behavio r.T ow ards this end,w e demonstra te ho w a g ene tic a lg orithm can be applied to ev o lv e so me g lobally o ptimal g ro up behav io r amo ng a utonomo us r obo ts,by w ay o f selec ting the appro priate sensor y and behavio ral pa ramete rs as well a s specific task config ura tions. Key words Auto no mous ro bots,lea rning,ev o lutionar y computatio n,g ro up behav ior作者简介 杨 杰:男,51岁,教授.研究领域:微型机器人,医学机器人. 吴建兵:男,30岁,博士.研究领域:智能机器人,进化计算. 刘际明:男,39岁,博士,香港浸会大学副教授.研究领域:进化计算,人工智能.。