并行处理结构的优化

并行处理技术是提高计算速度的一个重要而有效的手段，能满足机器人控制的实时性要求。关于机器人控制器并行处理技术，人们研究较多的是机器人运动学和动力学的并行算法及其实现。1982年，J.Y.S.Luh首次提出机器人动力学并行处理问题，这是因为关节型机器人的动力学方程是一组非线性强耦合的二阶微分方程，计算十分复杂。提高机器人动力学算法计算速度也为实现复杂的控制算法（如计算力矩法、非线性前馈法、自适应控制法等）打下基础。开发并行算法的途径之一就是改造串行算法，使之并行化，然后将算法映射到并行结构。一般有两种方式：一是考虑给定的并行处理器结构，根据处理器结构所支持的计算模型，开发算法的并行性；二是首先开发算法的并行性，然后设计支持该算法的并行处理器结构，以达到最佳并行效率。

构造并行处理结构的机器人控制器的计算机系统一般采用以下方式：

1.开发机器人控制专用超大规模集成电路（VLSI）

设计专用超大规模集成电路（VLSI）能充分利用机器人控制算法的并行性，依靠芯片内的并行体系结构易于解决机器人控制算法中大量出现的计算，能大大提高运动学、动力学方程的计算速度。但由于芯片是根据具体的算法来设计的，当算法改变时，芯片则不能使用，因此采用这种方式构造的控制器不能通用，更不利于系统的维护与开发。

2.利用有并行处理能力的芯片式计算机（如Transputer、DSP等）构成并行处理网络

Transputer是英国Inmos公司研制并生产的一种并行处理用的芯片式计算机。利用Transputer芯片的4对位串通信的链接对，易于构造不同的拓扑结构，且Transputer具有极强的计算能力。利用Transputer并行处理器，人们构造了各种机器人并行处理器，如流水线型、树型等。(www.xing528.com)

随着数字信号处理芯片速度的不断提高，高速数字信号处理器（DSP）在信息处理的各个方面得到广泛应用。DSP以极快的数字运算速度见长，并易于构成并行处理网络。

3.利用通用的微处理器

利用通用微处理器构成并行处理结构，支持计算，实现复杂控制策略在线实时计算。

从前面的介绍可以知道，串行处理结构的优点是硬件结构比较简单，处理方便，但对于计算量比较大的系统来说负担较重、实时性差；并行处理结构相对来说结构较为复杂，因具有数据的并行处理能力，实时性较好。竞赛机器人平台的功能相对较为简单，要求的运算量也不大，串行处理结构足可以满足要求。