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 可重构机器人系统的分布式控制系统设计# 刘玉斌，陈杰，王卫忠* （哈尔滨工业大学机器人研究所，哈尔滨 150080） 5 10 15 20 25 30 35 摘要：可重构机器人的控制系统采用分布式控制系统，整个控制系统由三个子控制层组成。 第一层为路径规划控制层，实现作业过程规划和路径指定；第二层为轨迹规划层，规划各关 节的时基关节变量，产生各关节的运动指令，分发给各关节控制器；第三层为关节控制层， 接收上位机的指令，完成各关节的运动控制。设计了各关节的控制器及驱动器硬件电路，各 关节采用基于 Anti-windup 校正的 PID 控制器实现了带速度环和位置环的关节位置控制。 关键词：可重构机器人系统；分布式控制系统；关节位置控制 中图分类号：TP242 Distributed control system for reconfigurable modular robot system LIU Yubin, CHEN Jie, WANG Weizhong (State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin institute of technology, Harbin 150080) Abstract: Distributed control system (DCS) is used in RMRS, because the joints are smart and the DOFs and configuration of RMRS are variable. The whole control system includes three hierarchies, the first hierarchy is path planning, which implements process planning and path assignments; the second one is trajectory planning, generating the sequence of time-based joint variables, and distributing the motion instructions to all joint controllers; the third one is joint controlling, which receives the commands form PC and finishes joint motion control. The control circuit and driver circuit are designed, and the position control software is developed based on PID controller with anti-windup correction. Key words: reconfigurable modular robot system; distributed control system; joint position control 0 引言 可重构机器人模块的多样组合为其满足实际工作需要提供了便利，但也对搭建的机器人 构形的控制带来了不小的问题。目前可以采用的方法有两类：一是在集中控制的情况下采用 自动产生与结构相适应的控制软件或者是采用可重构的控制软件[1-2]，这种方法的特点就是 通过重构或自动产生与机械结构相关的控制系统软件部分。另一类是采用分布式控制方法， 每个主动模块都具有很强的独立性和自主性，当这些模块根据任务组成一个系统时，模块之 间是通过通信的方式来自动建立一个控制系统而控制系统软件不需要作任何修改[3-4]。当机 器人执行任务时，各模块之间采用协商的方式来共同完成所要求的任务。 由于可重构机器人的关节设计成智能关节，以及其自由度、构型的多样性等，控制系统 采用分布式控制系统。整个控制系统由三个子控制层组成。第一层为路径规划控制层，实现 作业过程规划和指定路径；第二层为轨迹规划层，规划各关节的时基关节变量，产生各关节 的运动指令；第三层为关节控制层，接收上位机的指令，完成各关节的运动控制。各关节控 制器进行关节的运动控制，节点管理并向上位机发送关节运行状态信息。 基金项目：国家自然科学基金，高等学校博士学科点专项科研基金（20070213087） 作者简介：刘玉斌（1976-），男，讲师，主要研究方向：机器人技术. E-mail: nature9966@163.com -1-  40  1 控制系统的硬件设计 1.1  RS232-485 通信电路设计 实现上位 P