計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用

摘要：隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人正朝著智能化方向發(fā)展，計(jì)算器控制系統(tǒng)在機(jī)器人控制方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。本文從計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在機(jī)器人技術(shù)中的作用，分析計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在機(jī)器人中應(yīng)用原理與結(jié)構(gòu)，闡述了未來(lái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)機(jī)器人中的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 機(jī)器人技術(shù) 機(jī)器人控制

隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人已經(jīng)成為當(dāng)前科技發(fā)展中的先進(jìn)的科學(xué)領(lǐng)域。機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)，如何進(jìn)一步提高相關(guān)的產(chǎn)業(yè)效率，發(fā)展機(jī)器人技術(shù)就非常重要。而機(jī)器人技術(shù)包含了多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，包括機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器的應(yīng)用、機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、編程語(yǔ)言等多個(gè)方面。

一、機(jī)器人技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)系

機(jī)器人技術(shù)是綜合多個(gè)學(xué)科的技術(shù)，包括信息和傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、仿生學(xué)、人工智能等。機(jī)器人要完成整個(gè)操作任務(wù)需要由控制器、控制系統(tǒng)和傳感器來(lái)共同組合完成任務(wù)，其中機(jī)器人的控制技術(shù)發(fā)揮了重要作用。機(jī)器人的控制技術(shù)是機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，它是用來(lái)保障機(jī)器人完成相關(guān)任務(wù)及動(dòng)作的控制手段。機(jī)器人的控制可以通過(guò)集中式控制，即一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以是分散控制，即多臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。可見(jiàn)，機(jī)器人控制技術(shù)中最為關(guān)鍵是技術(shù)就是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，它涉及的范圍非常廣泛，包括機(jī)器人任務(wù)描述、機(jī)器人智能、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器人伺服控制等技術(shù)。

早期對(duì)機(jī)器人的控制采取的順序控制形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)槭窘淘佻F(xiàn)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電裝置的功能。隨著控制技術(shù)與信息技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用日益廣泛，機(jī)器人的控制也轉(zhuǎn)向了智能化發(fā)展的道路，結(jié)合了多傳感器信息融合、任務(wù)級(jí)語(yǔ)言、智能行為控制和離線變成等新的技術(shù)，變成的語(yǔ)言也更加的廣泛，包括匯編語(yǔ)言、C++語(yǔ)言、Java、VB等等。正是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有邏輯判斷、高精準(zhǔn)度和高速度的能力，這種高效高速的信息處理能力，可以有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制。

二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在機(jī)器人中應(yīng)用的原理與結(jié)構(gòu)

機(jī)器人的核心內(nèi)容是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它直接決定了機(jī)器人的性能及處理信息能力的優(yōu)劣。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩個(gè)部分組成，硬件是由主機(jī)、外儲(chǔ)設(shè)備、過(guò)程輸入和輸出設(shè)備以及一些輔助設(shè)備所組成，而軟件則由操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件所構(gòu)成，操作系統(tǒng)通常由匯編語(yǔ)言、高級(jí)算法語(yǔ)言、過(guò)程控制語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)及書(shū)記結(jié)構(gòu)等構(gòu)成 ，而應(yīng)用軟件則由輸入程序和控制程序組成。其中最為核心的軟件是由現(xiàn)代控制理論的控制算法構(gòu)成的控制程序，控制程序可以有效的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器人的進(jìn)行控制，確保其完成具體的任務(wù)和操作。無(wú)論是硬件還是軟件對(duì)于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的，硬件與軟件的匹配可以最大效度的發(fā)揮機(jī)器人的效用。

機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)主要分為三種類型，包括集中控制系統(tǒng)、分散式控制系統(tǒng)和主從控制系統(tǒng)三種類型。

早期的機(jī)器人控制系統(tǒng)采用的就是集中控制系統(tǒng)，主要是由于早期機(jī)器人的功能比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，只需要單機(jī)控制即可，當(dāng)然這也是因?yàn)樵缙诘挠?jì)算機(jī)控制速度比較慢，且價(jià)格比較昂貴所決定的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人控制水平也日益提高，控制系統(tǒng)變的日益復(fù)雜，原有的單機(jī)集中控制已經(jīng)不能滿足發(fā)展的需要。

主從控制系統(tǒng)是集中式控制系統(tǒng)發(fā)展到分散式控制系統(tǒng)中的一個(gè)過(guò)渡系統(tǒng)，它是通過(guò)上位機(jī)和下位機(jī)一起實(shí)現(xiàn)控制功能的控制系統(tǒng)，由于其不能實(shí)現(xiàn)多臺(tái)計(jì)算機(jī)共同實(shí)現(xiàn)不同功能，因此其存在的時(shí)間相對(duì)比較短。

分散式控制系統(tǒng)是當(dāng)前機(jī)器人控制系統(tǒng)中廣泛采用的系統(tǒng)，它由多臺(tái)計(jì)算機(jī)所構(gòu)成，上位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理與運(yùn)算，而下位機(jī)直接負(fù)責(zé)控制相關(guān)環(huán)節(jié)的操作，上下位機(jī)共同實(shí)現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)和操作。分散式和主從控制系統(tǒng)的最大區(qū)別是主從控制系統(tǒng)的操作不能由多臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)分別實(shí)現(xiàn)操作功能，而分散式控制系統(tǒng)則可以將一個(gè)整體任務(wù)拆分成多個(gè)具體的小任務(wù)和操作，然后由不同的下位機(jī)來(lái)完成，這樣可以顯著的提高機(jī)器人的工作效率和處理能力。

三、機(jī)器人計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用方向

隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人的各項(xiàng)性能指標(biāo)正在顯著提升，智能化是未來(lái)機(jī)器人的發(fā)展方向，特別是能夠像人類一樣思考具有復(fù)雜意識(shí)的“意識(shí)化”機(jī)器人更是發(fā)展的重點(diǎn)。毫無(wú)疑問(wèn)，要實(shí)現(xiàn)這些功能必然離不開(kāi)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用。未來(lái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的在機(jī)器人中的應(yīng)用發(fā)展方向主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）優(yōu)化提高計(jì)算機(jī)控制工業(yè)機(jī)器人手部功能是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。未來(lái)，工業(yè)機(jī)器人手部操作能力應(yīng)進(jìn)一步提高，功能還需進(jìn)一步細(xì)化，手部功能的自由度還需進(jìn)一步提高。對(duì)此，如果利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)提高機(jī)械手操作的復(fù)雜化、功能化、模塊化處理能力是一個(gè)研究的重點(diǎn)。

（二）遠(yuǎn)程控制機(jī)器人是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向之一。機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展要求發(fā)展基于PC的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，如遠(yuǎn)程控制機(jī)器人技術(shù)，它可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)在線編程技術(shù)和離線編程技術(shù)上。遠(yuǎn)程控制機(jī)器人在計(jì)算機(jī)在線編程技術(shù)的應(yīng)用可以在一定程度上提高計(jì)算機(jī)的控制能力，確保遠(yuǎn)程機(jī)器人能力高精準(zhǔn)性的完成相關(guān)任務(wù)與操作。

（三）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)柔軟型機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，這類機(jī)器人采用具有一定柔軟度材料，它將主要應(yīng)用于休閑娛樂(lè)、醫(yī)療等領(lǐng)域。

（四）將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與仿生機(jī)器人結(jié)合在一起，通過(guò)對(duì)生物神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行分析，制造廠仿生機(jī)器人。

（五）通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微小機(jī)器人的發(fā)展，同時(shí)提高其行動(dòng)靈敏度。

（六）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)向機(jī)器人多傳感器系統(tǒng)的方向發(fā)展，它可以提高機(jī)器人的適應(yīng)能力和智能化。

四、結(jié)語(yǔ)

機(jī)器人的發(fā)展離不開(kāi)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用，為了適應(yīng)未來(lái)機(jī)器人的精細(xì)化、智能化發(fā)展，必須提高計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信息處理能力、控制能力。

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（作者簡(jiǎn)介：王玉洋，天津市寶坻區(qū)第一中學(xué)，學(xué)生。）