工业机器人有哪五大要素
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整理者：机械 580
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控制器是机器人系统的核心，国外有关公司对我国实行严密封锁。 近年来随着微电子技术的发展，微处理器的性能越来越高，而价格则 越来越便宜，目前市场上已经出现了1-2美金的32位微处理器。高性价 比的微处理器为机器人控制器带来了新的发展机遇，使开发低成本、 高性能的机器人控制器成为可能。为了保证系统具有足够的计算与存 储能力，目前机器人控制器多采用计算能力较强的ARM系列、DSP系 列、POWERPC系列、Intel系列等芯片组成。
(1)VxWorks，VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设 计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS)，是Tornado嵌入式开发环 境的关键组成部分。VxWorks具有可裁剪微内核结构;高效的任务管理; 灵活的任务间通信;微秒级的中断处理;支持POSIX1003.1b实时扩展标准; 支持多种物理介质及标准的、完整的TCP/IP网络协议等。 (2)WindowsCE，WindowsCE与Windows系列有较好的兼容性， 无疑是WindowsCE推广的一大优势。WindowsCE为建立针对掌上设 备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统 平台，它能在多种处理器体系结构上运行，并且通常适用于那些对内 存占用空间具有一定限制的设备。
目前国际上还没有专用于机器人系统中的伺服通信总线，在实际 应用过程中，通常根据系统需求，把常用的一些总线，如以太网、 CAN、1394、SERCOS、USB、RS-485等用于机器人系统中。当前大部 分通信控制总线可以归纳为两类，即基于RS-485和线驱动技术的串行 总线技术和基于实时工业以太网的高速串行总线技术。
在机器人软件开发环境方面，一般工业机器人公司都有自己独立 的开发环境和独立的机器人编程语言，如日本Motoman公司、德国 kuka公司、美国的Adept公司、瑞典的abb公司等。很多大学在机器人 开发环境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作， 提供了很多开放源码，可在部分机器人硬件结构下进行集成和控制操 作，目前已在实验室环境下进行了许多相关实验。国内外现有的机器 人系统开发环境有TeamBots，v.2.0e、ARIA，V.2.4.1、Player/Stage， v.1.6.5.1.6.2、Pyro.v.4.6.0、CARMEN.v.1.1.1、MissionLab.v.6.0、 ADE.V.1.0beta、Miro.v.CVS-March17.2006、MARIE.V.0.4.0、 FlowDesigner.v.0.9.0、RobotFlow.v.0.2.6等等。从机器人产业发展来看， 对机器人软件开发环境有两方面的需求。一方面是来自机器人最终用 户，他们不仅使用机器人，而且希望能够通过编程的方式赋予机器人 更多的功能，这种编程往往是采用可视化编程语言实现的，如乐高 MindStormsNXT的图形化编程环境和微软RoboticsStudio提供的可视 化编程环境。
在控制器体系结构方面，其研究重点 是功能划分和功能之间信息交换的规范。 在开放式控制器体系结构研究方面，有两 种基本结构，一种是基于硬件层次划分的 结构，该类型结构比较简单，在日本，体 系结构以硬件为基础来划分，如三菱重工 株式会社将其生产的PA210可携带式通用 智能臂式机器人的结构划分为五层结构;另 一种是基于功能划分的结构，它将软硬件 一同考虑，其是机器人控制器体系结构研 究和发展的方向。
此外，由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全满足某些机 器人系统在价格、性能、集成度和接口等方面的要求，这就产生了机 器人系统对SoC(SystemonChip)技术的需求，将特定的处理器与所需 要的接口集成在一起，可简化系统外围电路的设计，缩小系统尺寸， 并降低成本。例如，Actel公司将NEOS或ARM7的处理器内核集成在其 FPGA产品上，形成了一个完整的SoC系统。在机器人运动控制器方面， 其研究主要集中在美国和日本，并有成熟的产品，如美国DELTATAU 公司、日本朋立株式会社等。其运动控制器以DSP技术为核心，采用 基于PC的开放式结构。
(3)嵌入式Linux，由于其源代码公开，人们可以任意修改，以满 足自己的应用。其中大部分都遵从GPL，是开放源代码和免费的。可 以稍加修改后应用于用户自己的系统。有庞大的开发人员群体，无需 专门的人才，只要懂Unix/Linux和C语言即可。支持的硬件数量庞大。 嵌入式Linux和普通Linux并无本质区别，PC上用到的硬件嵌入式 Linux几乎都支持。而且各种硬件的驱动程序源代码都可以得到，为用 户编写自己专有硬件的驱动程序带来很大方便。 (4)μC/OS-Ⅱ，μC/OS-Ⅱ是着名的源代码公开的实时内核，是专 为嵌入式应用设计的，可用于8位，16位和32位单片机或数字信号处理 器(DSP)。它的主要特点是公开源代码、可移植性好、可固化、可裁剪 性、占先式内核、可确定性等。 (5)DSP/BIOS，DSP/BIOS是TI公司特别为其TMS320C6000TM， TMS320C5000TM和TMS320C28xTM系列DSP平台所设计开发的一个 尺寸可裁剪的实时多任务操作系统内核，是TI公司的 CodeComposerStudioTM开发工具的组成部分之一。DSP/BIOS主要由 三部分组成：多线程实时内核;实时分析工具;芯片支持库。利用实时操 作系统开发程序，可以方便快速的开发复杂的DSP程序。
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控制器是机器人系统的核心，国外有关公司对我国实行严密封锁。 近年来随着微电子技术的发展，微处理器的性能越来越高，而价格则 越来越便宜，目前市场上已经出现了1-2美金的32位微处理器。高性价 比的微处理器为机器人控制器带来了新的发展机遇，使开发低成本、 高性能的机器人控制器成为可能。为了保证系统具有足够的计算与存 储能力，目前机器人控制器多采用计算能力较强的ARM系列、DSP系 列、POWERPC系列、Intel系列等芯片组成。
(1)VxWorks，VxWorks操作系统是美国WindRiver公司于1983年设 计开发的一种嵌入式实时操作系统(RTOS)，是Tornado嵌入式开发环 境的关键组成部分。VxWorks具有可裁剪微内核结构;高效的任务管理; 灵活的任务间通信;微秒级的中断处理;支持POSIX1003.1b实时扩展标准; 支持多种物理介质及标准的、完整的TCP/IP网络协议等。 (2)WindowsCE，WindowsCE与Windows系列有较好的兼容性， 无疑是WindowsCE推广的一大优势。WindowsCE为建立针对掌上设 备、无线设备的动态应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统 平台，它能在多种处理器体系结构上运行，并且通常适用于那些对内 存占用空间具有一定限制的设备。
目前国际上还没有专用于机器人系统中的伺服通信总线，在实际 应用过程中，通常根据系统需求，把常用的一些总线，如以太网、 CAN、1394、SERCOS、USB、RS-485等用于机器人系统中。当前大部 分通信控制总线可以归纳为两类，即基于RS-485和线驱动技术的串行 总线技术和基于实时工业以太网的高速串行总线技术。
在机器人软件开发环境方面，一般工业机器人公司都有自己独立 的开发环境和独立的机器人编程语言，如日本Motoman公司、德国 kuka公司、美国的Adept公司、瑞典的abb公司等。很多大学在机器人 开发环境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作， 提供了很多开放源码，可在部分机器人硬件结构下进行集成和控制操 作，目前已在实验室环境下进行了许多相关实验。国内外现有的机器 人系统开发环境有TeamBots，v.2.0e、ARIA，V.2.4.1、Player/Stage， v.1.6.5.1.6.2、Pyro.v.4.6.0、CARMEN.v.1.1.1、MissionLab.v.6.0、 ADE.V.1.0beta、Miro.v.CVS-March17.2006、MARIE.V.0.4.0、 FlowDesigner.v.0.9.0、RobotFlow.v.0.2.6等等。从机器人产业发展来看， 对机器人软件开发环境有两方面的需求。一方面是来自机器人最终用 户，他们不仅使用机器人，而且希望能够通过编程的方式赋予机器人 更多的功能，这种编程往往是采用可视化编程语言实现的，如乐高 MindStormsNXT的图形化编程环境和微软RoboticsStudio提供的可视 化编程环境。
在控制器体系结构方面，其研究重点 是功能划分和功能之间信息交换的规范。 在开放式控制器体系结构研究方面，有两 种基本结构，一种是基于硬件层次划分的 结构，该类型结构比较简单，在日本，体 系结构以硬件为基础来划分，如三菱重工 株式会社将其生产的PA210可携带式通用 智能臂式机器人的结构划分为五层结构;另 一种是基于功能划分的结构，它将软硬件 一同考虑，其是机器人控制器体系结构研 究和发展的方向。
此外，由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全满足某些机 器人系统在价格、性能、集成度和接口等方面的要求，这就产生了机 器人系统对SoC(SystemonChip)技术的需求，将特定的处理器与所需 要的接口集成在一起，可简化系统外围电路的设计，缩小系统尺寸， 并降低成本。例如，Actel公司将NEOS或ARM7的处理器内核集成在其 FPGA产品上，形成了一个完整的SoC系统。在机器人运动控制器方面， 其研究主要集中在美国和日本，并有成熟的产品，如美国DELTATAU 公司、日本朋立株式会社等。其运动控制器以DSP技术为核心，采用 基于PC的开放式结构。
(3)嵌入式Linux，由于其源代码公开，人们可以任意修改，以满 足自己的应用。其中大部分都遵从GPL，是开放源代码和免费的。可 以稍加修改后应用于用户自己的系统。有庞大的开发人员群体，无需 专门的人才，只要懂Unix/Linux和C语言即可。支持的硬件数量庞大。 嵌入式Linux和普通Linux并无本质区别，PC上用到的硬件嵌入式 Linux几乎都支持。而且各种硬件的驱动程序源代码都可以得到，为用 户编写自己专有硬件的驱动程序带来很大方便。 (4)μC/OS-Ⅱ，μC/OS-Ⅱ是着名的源代码公开的实时内核，是专 为嵌入式应用设计的，可用于8位，16位和32位单片机或数字信号处理 器(DSP)。它的主要特点是公开源代码、可移植性好、可固化、可裁剪 性、占先式内核、可确定性等。 (5)DSP/BIOS，DSP/BIOS是TI公司特别为其TMS320C6000TM， TMS320C5000TM和TMS320C28xTM系列DSP平台所设计开发的一个 尺寸可裁剪的实时多任务操作系统内核，是TI公司的 CodeComposerStudioTM开发工具的组成部分之一。DSP/BIOS主要由 三部分组成：多线程实时内核;实时分析工具;芯片支持库。利用实时操 作系统开发程序，可以方便快速的开发复杂的DSP程序。