1.3 机器人的计算机控制技术

机器人技术是集机械工程学、计算机科学、控制工程、电子技术、传感器技术、人工智能、仿生学等学科为一体的综合技术，它是多学科科技革命的必然结果。每一台机器人，都是一个知识和技术密集的高科技机电一体化产品。

机器人控制技术是在传统机械系统控制技术的基础上发展起来的，两者之间无根本不同，但机器人控制系统也有许多特殊之处，它是耦合的、非线性的、多变量控制系统，其负载、惯量、重心等随时间都可能变化，不仅要考虑运动学关系还要考虑动力学因素，其模型为非线性而工作环境又是多变的等。主要研究的内容有机器人控制方式和机器人控制策略。

机器人控制器是根据指令及传感信息控制机器人完成一定动作和作业的装置，它是机器人的心脏，决定了机器人性能的优劣。排爆机器人属于军用智能机器人，其控制系统一般采用遥控方式和自主控制方式，能完成侦察、作战和后勤支援等任务，在战场上具有看、嗅和触摸能力，能够自动跟踪地形和选择道路，并且具有自动搜索、识别和消灭敌方目标的功能。

遥控方式采用无线电台发送控制指令控制机器人本体完成指定动作，需借助人工判断完成执行操作，其控制方式比较简单，执行精度比较低，但控制响应比较快；自动控制方式包括了自动控制理论和人工智能算法，能帮助机器人建立人工智能控制模型，组织机器人各部分协调完成复杂的、高难度的规定动作，其控制精度和执行效果比遥控方式要高、要好，但响应速度相对较慢。

从机器人的控制计算机结构来划分，机器人的控制方式可以分为以下几种方式：

（1）单CPU（中央处理器）结构、集中控制方式。特点是控制简单，比较难实现复杂的控制算法。

（2）二级CPU结构、主从控制方式。主控计算机与从计算机分工合作，主控计算机上执行复杂的人工智能控制算法、数据融合算法等；从计算机上执行下层控制系统的实时伺服控制，采用这种结构的控制方式能在远端遥控机器人，也能让机器人在现场进行自动控制操作。

（3）多CPU结构、分布式控制方式。此结构常见于并联机器人的控制系统，各个机器人或者机器人的各个控制部分通过总线方式协调控制，相互之间通过一定的通信协议分工合作，完成复杂的工作。

排爆机器人由于一般在现场进行作业，不但要求人工进行遥控操作，而且要求机器人有一定的智能性，能根据现场信息进行自动控制操作，所以机器人控制系统一般采用二级或者多级控制系统。

本书介绍的排爆机器人控制系统采用两级CPU结构、主从控制的方式，上层CPU运行主控制界面，结合图像信息发送控制指令。下层CPU实现机器人运动控制，也叫机器人运动控制层。该控制系统的底层控制系统是各个直流电机的伺服控制系统。各层之间通过约定的协议进行通信，从而完成对机器人机械本体的控制要求。