机器人的控制系统

机器人的控制系统

控制系统是机器人的神经中枢，所起的作用相当于人的大脑，但从技术的实现角度上说，机器人的控制系统与所有机电一体化设备的控制系统是相同。其核心基本上都是计算机，但与普通的PC计算机不同，机器人一般采用单片机（MCU）为控制核心。

所谓单片机简单说就是将计算机的核心--运算器、控制器、存储器，和一些常用的输入输出接口电路集成在同一块硅片上，外观上看就是一块普通的集成电路。单片机是现代电子控制系统最常用的器件，规模化的生产，使其成本极低，普通8位机的芯片价格甚至在10元人民币以下，因此被广泛应用于各种普通电器的控制系统，甚至用于极其廉价的电器中，比如手机的充电器等。关于单片机的更详细的技术说明本站将另文阐述，请关注。尾图是一个比

较完整的机器人控制系统的基本组成方框图：

对于一般的机器人控制系统，可以根据具体需要实现的任务要求，简化上述设计。

以下将对图中的一些细节加以说明：

1．传感器：传感器的作用是将需要机器人监测或关注的物理量，如声音、光照变化（图象）、温度、位置信息、接触信息等等，转化成电量。通常情况下传感器的输出是模拟电信号的形式，计算机（单片机）内部只能运算数字信号，因此需要进行模/数（A/D）转换，许多型号的单片机（如MCS-51）都具有内部A/D转换电路，可以直接接受模拟量信号输入。2．数模转换（D/A）：与模/数（A/D）转换相反，D/A是将计算机输出的数字量信号转化成模拟量信号。有些应用，需要机器人输出这样的模拟信号，比如需要机器人发出声音（语言）时，声音信号就是模拟信号，这时就需要这个D/A。D/A可以是芯片内部的，也可以采用外

部D/A 。

3．驱动控制：机器人的行走系统、运动系统、执行机构、机器手等基本上都是采用了电动或气动方式，这两种驱动的控制分别是电动机控制和电磁筏或继电器控制，虽形式不同但类型相似，都属于感性负载的控制，一般情况下只要求作开/停二值控制，一些需要严格的定位，或对运动速度，运动方式有要求时，可能需要采用具有反馈环节的司服控制方式。4．外部通讯端口：外部通讯端口是实现机器人与其他设备通讯的渠道。以下两种情况需要使用外部通讯端口：①复杂的机器人，其控制任务需求超出了单片机的硬件和软件资源，需要更高级设备的支持；②需要对机器人实施远程控制，比如美国火星探测器（火星车）的控制、用于机器人足球比赛的机器人，等都属于这种情况；③需要实现多个机器人协作工作时。外部通讯端口可以是有线的控制，但就现在的技术来说，实现无线遥控也是很容易的事，可以有：无线电、红外线、超声波、激光等多种通讯控制方式可供选择使用。

5．存储器：存储器用于存放程序、数据等数字量信息，单片机内部一般都具有一定数量的程序存储器和数据存储器，如果有必要，开可以额外的配置外部存储器。存储器还分为，掉电后信息就丢失的易失存储器RAM；和掉电后信息不会丢失的非易失存储器。非易失存储器又可分为，不可改写的ROM；和可改写的EPROM，EEPROM，FLASH等不同类型，可根据不同

的需要选用。

6．程序的编写：以上只给出了机器人控制系统的电路组成方框图，我们称为硬件结构。众所周知，计算机光有硬件是不能够工作的。因此还有一个重要的内容就是软件。一般情况下，单片机系统的软件于PC计算机不同，不具有可兼容性，也就是说，一种型号的芯片，采用一种独特的软件系统；而且单片机的软件编程是面向电路，编写软件必须对硬件电路结构熟悉，这给单片机的编程造成了一定的困难。需要专门的学习。

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2006-3-1 12:50

控制框图