可用于生產(chǎn)線的工業(yè)機(jī)器人研究
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3控制器
如何有效地將其他領(lǐng)域（如圖像處理、聲音識(shí)別、最優(yōu)控制、人工智能等）的研究成果應(yīng)用到機(jī)器人控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作中，是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的研究工作．而具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人控制器的研究無(wú)疑對(duì)提高機(jī)器人性能和自主能力、推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展具有重大意義．機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定的動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)的裝置，它是機(jī)器人的心臟，決定了機(jī)器人性能的優(yōu)劣。
這里采用了串行的控制算法處理方式，機(jī)器人的控制算法是由串行機(jī)來(lái)處理。用上、下位機(jī)二級(jí)分布式結(jié)構(gòu)，上位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)管理以及運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、軌跡規(guī)劃等。下位機(jī)由多CPU組成，每個(gè)CPU控制一個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，這些CPU和主控機(jī)聯(lián)系是通過(guò)總線形式的緊耦合。這種結(jié)構(gòu)的控制器工作速度和控制性能明顯提高，但這些多CPU系統(tǒng)共有的特征都是針對(duì)具體問(wèn)題而采用的功能分布式結(jié)構(gòu)，即每個(gè)處理器承擔(dān)固定任務(wù)，控制器計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的位置控制部分，采用數(shù)字式位置控制。硬件平臺(tái)本一開(kāi)始采用固高公司生產(chǎn)的GT系列運(yùn)動(dòng)控制器，可以同步控制四個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。其核心由ADSP2I8l數(shù)字信號(hào)處理器和FPGA組成，可以實(shí)現(xiàn)高性能的控制計(jì)算。研究過(guò)程中，有以下幾個(gè)局限性：
（1）開(kāi)放性差：局限于“專用計(jì)算機(jī)、專用機(jī)器人語(yǔ)言、專用微處理器”的封閉式結(jié)構(gòu)。封閉的控制器結(jié)構(gòu)使其具有特定的功能、適應(yīng)于特定的環(huán)境，不便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)；
（2）軟件獨(dú)立性差：軟件結(jié)構(gòu)及其邏輯結(jié)構(gòu)依賴于處理器硬件，難以在不同的系統(tǒng)間移植；
（3）容錯(cuò)性差：由于并行計(jì)算中的數(shù)據(jù)相關(guān)性、通訊及同步等內(nèi)在特點(diǎn)，控制器的容錯(cuò)性能變差，其中一個(gè)處理器出故障可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓；
（4）擴(kuò)展性差：目前，機(jī)器人控制器的研究著重于從關(guān)節(jié)這一級(jí)較常見(jiàn)的，比如對(duì)空宅導(dǎo)彈導(dǎo)引火來(lái)說(shuō)，鎖定和預(yù)偏是兩個(gè)經(jīng)常要用到的功能，而它們卻對(duì)伺服系統(tǒng)的形式和速率傳感器的選擇提出丁不同的要求。
首先，如果在導(dǎo)引頭內(nèi)增加一套測(cè)速機(jī)元什，則問(wèn)題就可以解決，但這樣做會(huì)使系統(tǒng)復(fù)雜程度提高，利于產(chǎn)品研制的工程化和小型化；再者，通過(guò)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)彈的掛帆飛行狀態(tài)，導(dǎo)引光軸雖然要求復(fù)現(xiàn)的是相對(duì)彈體的鎖定，搜索和雷達(dá)黼動(dòng)信號(hào)，但導(dǎo)彈住掛機(jī)狀態(tài)彈體擺動(dòng)角速度不是太大，且擺動(dòng)持續(xù)的時(shí)間也不會(huì)很長(zhǎng)，如果導(dǎo)引頭的鎖定品質(zhì)能滿足要求，則利用速率陀螺來(lái)進(jìn)行反饋的弊端就可被大大減弱。所以經(jīng)過(guò)綜合考慮，決定仍僅采用速率陀螺作為內(nèi)回路速度傳感器件，以科于更好地實(shí)現(xiàn)光軸對(duì)El標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤。
4仿真驗(yàn)證
以隨動(dòng)系統(tǒng)復(fù)現(xiàn)相對(duì)慣性空間穩(wěn)定的輸入為例，為進(jìn)一步比較兩種方案，我們利用ADAMs軟件和MATLAB軟件一起進(jìn)行了位標(biāo)器運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)『J學(xué)和控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真。仿真條件假設(shè)目標(biāo)在空間靜止，在中環(huán)通道，分別利用陀螺速度反饋和測(cè)速機(jī)速度反饋，在彈體擺動(dòng)情況下，進(jìn)行目標(biāo)指示信息的隨動(dòng)，對(duì)指向誤差（即光軸與視線的夾角）的大小進(jìn)行記錄，仿真結(jié)果如圖3所示。
其中實(shí)線為采用陀螺信號(hào)時(shí)的誤差，虛線為采用測(cè)速機(jī)信號(hào)時(shí)的誤差。結(jié)果表明，采用陀螺信號(hào)作為反饋信號(hào)可以有效地減小彈體擺動(dòng)情況系統(tǒng)的隨動(dòng)誤差，此結(jié)果與前面理論分析結(jié)果也基本一致。
5結(jié)語(yǔ)
本文詳細(xì)分析了動(dòng)基座隨動(dòng)系統(tǒng)不同輸入信號(hào)的類型，得出對(duì)相對(duì)基座穩(wěn)定的輸入采用測(cè)速機(jī)反饋、對(duì)相對(duì)慣性空間穩(wěn)定的輸入采用速率陀螺反饋的傳感器選用原則，并以空空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭為例進(jìn)行了ADAMs和MATLAB聯(lián)合數(shù)字仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了分析的正確性。
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評(píng)論