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  1、引言 
從世界上*臺遠控機械手的誕生至今已有50年了，在這短短的幾年里，伴隨著計算機、自動控制理論的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的需要及相關(guān)技術(shù)的進步，機器人的發(fā)展已經(jīng)歷了3代［1］：（1）可編程的示教再現(xiàn)型機器人；（2）基于傳感器控制具有一定自主能力的機器人；（3）智能機器人．作為機器人的核心部分，機器人控制器是影響機器人性能的關(guān)鍵部分之一．它從一定程度上影響著機器人的發(fā)展．目前，由于人工智能、計算機科學(xué)、傳感器技術(shù)及其它相關(guān)學(xué)科的長足進步，使得機器人的研究在高水平上進行，同時也為機器人控制器的性能提出更高的要求．

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對于不同類型的機器人，如有腿的步行機器人與關(guān)節(jié)型產(chǎn)業(yè)機器人，控制系統(tǒng)的綜合方法有較大差別，控制器的設(shè)計方案也不一樣．本文僅討論產(chǎn)業(yè)機器人控制器題目．

2、機器人控制器類型 
機器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機器人完成一定的動作或作業(yè)任務(wù)的裝置，它是機器人的心臟，決定了機器人性能的優(yōu)劣．
從機器人控制算法的處理方式來看，可分為串行、并行兩種結(jié)構(gòu)類型．

2.1 串行處理結(jié)構(gòu)

所謂的串行處理結(jié)構(gòu)是指機器人的控制算法是由串行機來處理．對于這種類型的控制器，從計算機結(jié)構(gòu)、控制方式來劃分，又可分為以下幾種［2］.
（1） 單CPU結(jié)構(gòu)、集中控制方式
用一臺功能較強的計算機實現(xiàn)全部控制功能．在早期的機器人中，如Hero-I, Robot-I等，就采用這種結(jié)構(gòu)，但控制過程中需要很多計算（如坐標變換），因此這種控制結(jié)構(gòu)速度較慢．
（2） 二級CPU結(jié)構(gòu)、主從式控制方式
一級CPU為主機，擔(dān)當系統(tǒng)治理、機器人語言編譯和人機接口功能，同時也利用它的運算能力完成坐標變換、軌跡插補，并定時地把運算結(jié)果作為關(guān)節(jié)運動的增量送到公用內(nèi)存，供二級CPU讀取；二級CPU完玉成部關(guān)節(jié)位置數(shù)字控制．這類系統(tǒng)的兩個CPU總線之間基本沒有，僅通過公用內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，是一個松耦合的關(guān)系．對采用更多的CPU進一步分散功能是很困難的．日本于70年代生產(chǎn)的Motoman機器人（5關(guān)節(jié)，直流電機驅(qū)動）的計算機系統(tǒng)就屬于這種主從式結(jié)構(gòu)．
（3） 多CPU結(jié)構(gòu)、分布式控制方式
目前，普遍采用這種上、下位機二級分布式結(jié)構(gòu)，上位機負責(zé)整個系統(tǒng)治理以及運動學(xué)計算、軌跡規(guī)劃等．下位機由多CPU組成，每個CPU控制一個關(guān)節(jié)運動，這些CPU和主控機是通過總線形式的緊耦合．這種結(jié)構(gòu)的控制器工作速度和控制性能明顯進步．但這些多CPU系統(tǒng)共有的特征都是針對具體題目而采用的功能分布式結(jié)構(gòu)，即每個處理器承擔(dān)固定任務(wù)．目前世界上大多數(shù)商品化機器人控制器都是這種結(jié)構(gòu)．
控制器計算機控制系統(tǒng)中的位置控制部分，幾乎無例外地采用數(shù)字式位置控制．
以上幾種類型的控制器都是采用串行機來計算機器人控制算法．它們存在一個共同的弱點：計算負擔(dān)重、實時性差．所以大多采用離線規(guī)劃和前饋補償解耦等方法來減輕實時控制中的計算負擔(dān)．當機器人在運行中受到干擾時其性能將受到影響，更難以保證高速運動中所要求的精度指標．

由于機器人控制算法的復(fù)雜性以及機器人控制性能的亟待進步，很多學(xué)者從建模、算法等多方面進行了減少計算量的努力，但仍難以在串行結(jié)構(gòu)控制器上滿足實時計算的要求．因此，必須從控制器本身尋求解決辦法．方法之一是選用高檔次微機或小型機；另一種方法就是采用多處理器作并行計算，進步控制器的計算能力．

2.2 并行處理結(jié)構(gòu)

并行處理技術(shù)是進步計算速度的一個重要而有效的手段，能滿足機器人控制的實時性要求．從文獻來看，關(guān)于機器人控制器并行處理技術(shù)，人們研究較多的是機器人運動學(xué)和動力學(xué)的并行算法及實在現(xiàn)．1982年J.Y.S.Luh［3］*提出機器人動力學(xué)并行處理題目，這是由于關(guān)節(jié)型機器人的動力學(xué)方程是一組非線性強耦合的二階微分方程，計算十分復(fù)雜．進步機器人動力學(xué)算法計算速度也為實現(xiàn)復(fù)雜的控制算法如：計算力矩法、非線性前饋法、自適應(yīng)控制法等打下基礎(chǔ)．開發(fā)并行算法的途徑之一就是改造串行算法，使之并行化，然后將算法映射到并行結(jié)構(gòu)．一般有兩種方式，一是考慮給定的并行處理器結(jié)構(gòu)，根據(jù)處理器結(jié)構(gòu)所支持的計算模型，開發(fā)算法的并行性；二是首先開發(fā)算法的并行性，然后設(shè)計支持該算法的并行處理器結(jié)構(gòu)，以達到并行效率．

AE Advanced Energy ICP-16L RF generator 1600W ,40Mhz

JEL Corporation WAFER TRANSFER ROBOT C4442S-00530 Dual Arm Robot with controller

HONDA ELECTRON WAFER TRANSFER ROBOT RB670-TI-R Dual Arm Robot with controller

AE Advanced Energy RF-10S RF generator.13.56?MHz P/N 3150073-000

Advanced Energy AE MDX-L12M M/N 3152344-100 B

Advanced Energy RF Generator PDX 5000 LF Generator

Applied Materials AMAT 0010-38437 ASSY, P-CHUCK, 200MM

AE Advanced Energy RFG 3001 3155089-004 3kw RF Generator

ADTEC AD-TEC AX 3000III RF Plasma Generator 13.56MHz 3Kw

Leitz Ergolux AMC Inspection Microscope

dalsa piranha3 line scan camera P3-12K40-01 W/DALSA VISION BOARD

SEREN R3001 27.12MHz 3Kw RF GENERATOR PN:9600690013

Leybold TW 701 800051V0025 Turbo Pump

OMRON FZ3-300 VISION SYSTEM With FZ-SC2M COLOR CCD CAMERA

MKS ENI Spectrum B-5002 RF generator

AE Advanced Energy Ovation 35162 RF Generator

VAT Pendulum Valve 65050-PA52-0002 w/ PM-6 CONTROLLER

MKS ASTEX ASTRON FI20620-1 REMOTE PLASMA SOURCE GENERATOR

ABB AUTOMATION Machine Terminal REF542PLUS

DELTA TAU DATA SYS TURBO PMAC2 MOTION CONTROLLER

SIEMENS SIMATIC S5 155U 6ES5 948-3UA13 948U CPU

AE Advanced Energy RFPP RF30H 13.56Mhz 3KW RF generator

AE Advance Energy 3155053-007 RF Generator RFG2000-2V

AE Advanced Energy RFPP RF20M 2.5KW RF generator

ABB AUTOMATION Machine Terminal REM543CM214AAAB?, REF542PLUS

OMRON FZ2-550 VISION SYSTEM With FZ-SC2M COLOR CCD CAMERA

Genmark Gencobot 4S0703167 Wafer Handling Robot

Ebara ET801H Turbo Molecular Vacuum Pump with 803H controller

ENI OEM-12B3-02 RF generator 1250W, AMAT 0190-76028

JULABO HT60-M3-CU High Temperature Circulator

Hamamatsu C9300-124 10-Megapixel High Resolution Digital CCD Camera

VAT Pendulum valve 65040-PHCP-AZT1

SHIMADZU TMP-203M-G1 TURBO MOLECULAR PUMP & EI-D203 CONTROLLER

Rorze RR700L120 single Arm Robot

AE Advanced Energy APEX 3013 31561143-011B 3KW 13.56MHz RF Generator

SPECTRA-PHYSICS J-SERIES LASER POWER SUPPLY J20I-8S40-18K-T?RI-NSI

Dressler LFGS 1250D RF Generator 300-500KHz LF Power Generator

MEGAPLUS II EC11000 Full 35mm 11 megapixel CCD VISION CAMERA SYSTEM

KEYENCE LS-7501 HIGH-ACCURACY CCD MICROMETER With LS-7030M HEAD & Cable

SEREN R1001 13.56Hz 1Kw RF GENERATOR PN:9600620010

Genmark Gencobot 4P10397074 Wafer Handling Robot

AE Advanced Energy RFPP 20R RF generator

edyne Dalsa piranha3 line scan camera P3-87-12K40-01-?R

VARIAN ion implant sys. PULSE POWER SUPPLY

Brooks Automation Techware 5 Express Controller T5X-S2

ABB AUTOMATION Machine Terminal REM543CM216AAAA

YASKAWA WAFER TRANSFER ROBOT XC-RC355S-C01

Novellus Speed Controller 27-054088-00 Rev.A, A630-413-3000

AE ADVANCED ENERGY DRESSLER CESAR 1310 RF GENERATOR

GENMARK L86R/R VER.21 WAFER TRANSFER ROBOT CONTROLLER

Brooks PRI Automation ESC-212B Robot Controller pn:6-0000-2347-?PC

Mitsubishi Melsec A4UCPU With A4UMCA-128

Brooks Automation Robot Control Module 002-9401-01

SIEMENS SIMATIC S5 155U 6ES5 948-3UA11 948CPU

AE RFPP RF-5S RF Generator 500W,13.56Mhz

BROOKS PRI PRE 301B-CE 300mm PREALIGNER Pn: 6-0000-3669-PC

Genmark RP060002 Wafer Pre-Aligner Robot

coherent LabMax-TO & PM300F-50 Laser Power Meter

ADVANCED ENERGY APEX 1513 RF GENERATOR P/N 0920-00114

SEIWA FCR-1 1064nm YAG Laser Fiber Focusing Head W/I CS5111 COLOR CCD CAMERA

MEGAPLUS II EC11000 Full 35mm 11 megapixel CCD VISION CAMERA

SONY PRECISE EYE AF VISION MICROSCOPE 3CCD CAMERA

Fujifilm TX-1 panorama film camera 45mm+90mm Camera SET Hasselblad Xpan

Tachibana tectron TVC-04KET vme BOARD

National Instruments NI PXI-1000B Embedded Computer

siemens SIMATIC rack pc 6ES7643-8GM21-3?XX0

ENI OEM-2000 Rev.C RF Generator 2000W 13.56MHz

Mitsubishi HMI GT1575-VTBA GOT1000 Touch Screen

ASTeX FI20161-1 Microwave Power Generator 1.8Kw SmartPower Magnetron Head

ONE STOP SYSTEM Kontron cPCI 6U Compact COMPUTER

ABB Robot Teach Pendant PROG.ENHET S4 3HAA3575-ABA Rev.10

NOVELLUS Load Lock robot 02-053993-00 or 02-053993-01

AD-TEC AX-1000LFII RF Generator, 1kW 430KHz

AE Advanced Energy RF Match Network 3155169-005 B

GENMARK GENCOBOT 4/3L WAFER TRANSFER ROBOT

SIEMENS 6ES5 955-3LC42 + 6ES5188-3UA12 POWER SUPPLY

NEC FACTORY COMPUTER FC-9801K, 32BIT CPU UNIT WORKING

NEC FACTORY COMPUTER FC-9801B MODEL 2, 32BIT CPU UNIT WORKING

KYOSAN DC POWER SUPPLY HPK1R5-15

MITUTOYO LCD PLAN NIR 100X/0.50 ∞/0.91 f=200 OBJECTIVE

Comdel CX-1250S RF Generator 1250W,13.56Mhz

SEREN LIGHTWIND R101 100W RF Generator PN:9600730004

YASKAWA JZNC-TB38 Robot Teach Pendant YASNAC ERC

illunis llc xmv-11000m 11-Megapixel High Resolution Digital CCD Camera

Advanced Energy FixedMatch RF Match 3155094-003 A

TOSHIBA X-RAY Image Intensifiers E5844H-P1K

Novellus 02-132030-00 ASSY,MOD,CTR,P1?66/64/QNX4 controller

Advanced Energy AERA AS60C Thermal Vaporizer H2O 1000SCCM

DALSA Piranha2 Series P2-43-08k40 LINE SCAN CAMERA W/ 80MM LENS

Semiconductor & PCB Equipment STEREOZOOM MICROSCOPE

OLYMPUS MICROSCOPE MHL-AFCB/U AF CONTROL UNIT

YASKAWA MYVIS YV240B MACHINE VISION SYSTEM

Rorze RA301-512-002 Wafer Aligner Prealigner Robot

NP NEW POWER PLAMA NPG 10KA MFGenerator RFGenerator

ENI OEM-1250 RF Generator 1250W 13.56Mhz

Daihen ATP-10B 2450MHz 1Kw Microwave Power Supply

PRO FACE PS3700A-T41-ASU?-P41 Pentium 4 Touchscreen Computer

VAT Series 081 Insertable valve 08140-FA24-ABX1

ALLEN BRADLEY AB ControlLogix 1756-L61 Ser.B LOGIX5561 PROCESSOR

Rotec VISIONCOMPACT Typ VC1-13140 002 VISION CONTROLLER

AE PE-1000 RF Generator 3157501-009D 220V

COGNEX VME 4100 VISION CONTROL BOARD 001-4102-02 Rev.D

RAMIX RM951 Rev.B 14-0780B00 VME BOARD

SBS Technologies CP782210NQ3C VME CPU BOARD

Olympus SZ40 SZ4045CHI stereo microscope with Sony ExwaveHAD Digital Color Video

Keyence CCD Laser Displacement Sensor LK-2001 & LK-031 with RD50R

MITSUBISHI GOT1000 HMI GT1565-QTBA GRAPHIC OPERATION TERMINAL

NSK ESA MEGATORQUE DD SERVO DRIVE ESA -Y2020A23-21 MOTOR YS2020FN001

DALSA Piranha2 Series CG-80-12k40-01E LINE SCAN CAMERA P2-80-12k40 OEM

KYOWA MACHINE VISION MACRO LENS 0.4X-2X WITH CCD CAMERA

ORMON F210-C10 VISION MATE CONTROLLER VISION CAMERA

Keithley 7002 Switch System w/7015-s 8card

NSK Megatorque EE1410A03-25 SERVO DRIVE

LEICA MS5 Microscope with led light

Hasselblad Variogon 140-280mm F/5.6 C Lens

MKS 600 PRESSURE CONROLLER TYPE 651CDSIN

AE Sekidenko 1000T Optical Fiber TEMPERATURE CONTROLLER

MEIDEN IV18A AXP VME165

PARKER HANN CORP. GV-U6E Parker Gemini Servo Drive w/ n0703fe-nmsv servo moter

I CS5260 CCD CAMERA + TOKYO MACHINE VISION SCOPE

MITSUBISHI MELSEC A616DAV ANALOG MODULE

Mitsubishi Melsec plc AJ71QE71 Ethernet module

Brooks Automation 001-7126-01 Rev.A4 Controller Board

ZEISS epiplan-Apochro?mat 50x/0.95 HD dic OBJECTIVE

MITUTOYO M PLAN APO 10X/0.28 ∞/0 f=200 OBJECTIVE #1

MITSUBISHI A975GOT-TBD A TOUCH SCREEN HMI

NSK ESA MEGATORQUE DD SERVO DRIVE ESA -Y2005A23-21 MOTOR YS2020FN001

I CS4200 CCIR MACHINE VISION MACRO CAMERA LED LIGHT

MITSUBISHI MELSEC-12HCPU CPU UNIT

PRO-FACE GP2600-TC41-24V TOUCH SCREEN HMI

I CS3150 CCIR MACHINE VISION MACRO CAMERA SET

LEICA Leitz HC PL PLUOTA 100X/0.70 microscope objective

Proface Pro-face GP2600-TC11 Touchscreen HMI

IMTEC RVME 450V VME IMAGE PROCESSING

OPTONCDT1800 Laser-optical displacement sensors

ATMEL AVIIVA AT71YSM2CC4010 Linescan camera With NIKON IL63MM LENS

Mitsubishi Melsec A3UCPU With A3NMCA56

ZEISS EPIPLAN NEOFLUAR 100X/0.90 OBJECTIVE

MITUTOYO M PLAN APO 2X/0.055 ∞/0 f=200 OBJECTIVE

NSK ESA MEGATORQUE DD SERVO DRIVE ESA -JS1003A23-21 MOTOR JS1003FN001

CKD ABSODEX DRIVER H TYPE AX9045H-X700417

Inficon VGC012 Vacuum Gage Controller

MATROX Solios eA/XA SOL6M4A PCI-X frame grabber

TOSHIBA PLC TPU326H-S CPU

ATLAS COPCO DMC DMC310515 DIGITAL MOTION CONTROLLER

HASSELBLAD CB 160mm F4.8

YASKAWA YASNAC MOTOMAN JZRCR-XSU02 BOARD CONTROLLER

Cognex VM16A 203-0075-RE Vision Image Processor Board

PRO-FACE GLC2500-TC41-20?0V TOUCH SCREEN GRAPHIC PANEL 3280036-02

Olympus LM Plan FI 20x/0.40 BD objective

PRO-FACE AST3501-T1-AF,3?580208-01 Touch Screen HMI

OLYMPUS LM PLAN FI 5X/0.13 BD OBJECTIVE

Motorola VME Board VME162-PA344SE 01-W3528F60B,VM?E162PA344SE

LEICA Leitz PL APO 50X/0.90 microscope objective

Mitsubishi HMI A970GOT-TBA-B W/A9GT-QBUSS Touchscreen

Yaskawa ServoPack SGDB-30ADG 3kw servodrive

Siemens Circuit Board 6SC6300-0FE01 SIMODRIVE

Cognex 8100 Frame Grabber,VPM- 8100Q-000,MVS 801-8120-001,p/?n 200-0097-2 REV F

Kontron cPCI 6U Compact PCI CPU BOARD CP6000CA IN PENTIUM M 1.8GHz CPU

DATACUBE VME MaxVideo 200 VME

Cognex VPM-8120S?-5060 rev.A opt:A pci vision card

DALSA Spyder2 Line Scan Camera S2-12-02k40-10e

PRO-FACE GP2401H-TC41-24?V HMI TouchScreen PROFACE

ZEISS EPIPLAN NEOFLUAR 20X/0.50 HD DIC OBJECTIVE

OMRON PLC CV1000-CPU01-V1 CPU Unit

Mitutoyo M Plan Apo 20x 0.42 f=200 Microscope Objective

FAST CORPORATION CSC 901NT VISION CONTROLLER

FAST CORPORATION FV904 VISION CONTROLLER

VARIAN E1147480 ANALOG/DIGITAL I/O INTERFACE MODULE

MOTOROLA MVME 162-263 CPU BOARD

MITSUBISHI GOT1000 HMI GT1555-QSBD GRAPHIC OPERATION TERMINAL

PENTAX 645 FA Zoom 80-160mm F4.5 Lens made Machine vision camera lens

VAT GATE VALVE 02110-BA24-AJY1

ZEISS EPIPLAN NEOFLUAR 10X/0.30 HD DIC OBJECTIVE

CORRECT TOKYO M PLAN APO 50X/0.40 ∞/0 SLWD OBJECTIVE

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SIEMENS SIMATIC S5 6gk1143-0ab02 Ethernet FREE SHIP

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MITUTOYO EF-P DIGIMATIC INDICATOR

MITSUBISHI MELSEC AD75P3-S3 Positioning Module

OMRON Z4LC-C28 PARALLEL BEAM LINE LASER SENSOR

FAGOR AUTOMATION AC SERVO DRIVE MCS-20L CNC

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Sony XCL-5000,5 mega pixel Ultra High-resolution Machine Vision Camera

MATROX HELIOS XCL/ODYSSEY XCL7108-03 REV A FRAME GRABBE

newport Z180A Motorized Linear Stages

COMDEL ESC-3D 3KV ELECTROSTATIC VOLTAGE SOURCE

Proface GP570-SC11 Touch Panel Operator Interface HMI

Point Grey Research Scorpion SCOR-20SOM IEEE1394 CCD

MITSUBISHI AC SERVO MOTOR HC-SFS202 2KW

MITSUBISHI MR-J2S-200CP 2KW SERVO MOTOR DRIVER

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