電子發燒友網報道（文/李寧遠）工業機器人我們通常分為幾個部分：控制器系統、機械手（驅動系統）、示教器、視覺與傳感器、末端執行器。不同類型的工業機器人會有在軸設計和軸數上有些不同，也就是在驅動系統上略有不同，比如關節型機器人具有旋轉軸，旋轉軸的數量從簡單的三軸結構到多個關節不等，CSARA具有兩個平行軸等等，但在整體的控制設計上，都采取集中式設計或者分散式設計。

控制器系統

我們常常稱機器人控制器系統是機器人的大腦，這里面包括了運動控制器、內部和外部通信系統以及任何潛在的功率級。潛在的功率級指的是，如果機器人要移動重物，肯定需要在電機上施加足夠的力才能實現該功能。這個力由電能產生，并從功率級提供給電機。這個功率影響機器人屬于高壓系統還是低壓系統。

集中式的機器人系統，機器人的控制柜會集中驅動系統的大多數電子模塊，而在分散式系統中，這些模塊中的其中一些模塊將移至機器人的機械手驅動系統中，以支持多種外形尺寸，包括機柜的外形尺寸、電纜等。

目前大多機器人廠商都是提供集中式的控制系統，這樣更方便。因為在分散式的系統中，伺服驅動相關電子器件的運行環境與在集中式系統中完全不同，通常需要對部分系統進行重新開發。

控制與伺服驅動

在自動化行業，伺服電機控制是一個老生常談的通用技術了，工業4.0的興起加速了自動化系統的升級，這也增加了伺服驅動的升級。現在的自動化系統要求伺服驅動能控制更多的軸數，能實現更多智能化的功能。

在控制系統需求還沒有現在這么復雜的階段，最常見的設計是用MCU以及FPGA來執行控制算法，并提供外設以連接至驅動器輸出和電機反饋。這種設計我們已經見過很多了，基本上國內外做MCU的廠商都會涉及一部分這樣的業務，國外知名的像TI的C2000系列，ST的STM32系列等等，國內知名的同樣不少，國民的N32系列，峰岹的FU68系列，兆易的GD32E系列等等。功能要求不多的控制，單顆或多顆MCU就夠了，有些會視情況加FPGA。加FPGA一般就是MCU負責通訊處理、系統母線監測和溫度監測等、人機交互界面驅動等功能，FPGA負責邏輯處理和運動控制等功能，實現對整個伺服系統的協同控制。

就目前國內外MCU廠商提供的用于機器人控制器MCU來看，M4以及M4F內核居多，支持FPU浮點運算，主頻也夠高，可滿足各種運動算法高算力需求，外設資源各異。M7內核加DSP的異構架構在高端領域的工業機器人中也很有優勢。

為了減少外部板需求，縮小空間降低成本，越來越多功能（通信、PLC等等）加入控制板中，集成性的提高意味著硬件性能也必須要跟上。從機器人控制系統的發展趨勢里可以肯定的是多核異構架構才能滿足機器人系統全部的處理需求。MCU+FPGA異構架構，MCU+DSP異構架構，MCU+MPU架構等多核異構設計在以后的機器人中會越來越常見。

以往廠商會優先考慮采用DSP來優化控制算法，但現在實時處理數據的能力越來越重要，因此帶寬對伺服驅動是一個非常重要的指標，足夠的帶寬才能同時處理多個軸的輸入，并留有足夠的裕量用于其他功能。DSP在機器人控制里獨立的方案越來越少，獨立DSP正在越來越多地轉向SoC的一個處理單元。

實時處理數據的能力越來越重要，所以Arm Cortex-A和Cortex-R內核在現在的機器人應用里也越來越常見，二者各有千秋。Cortex-A可以提供我們上面說到的高帶寬，實現機器人對多軸數據的實時快速處理，高帶寬也很方便進行網絡通信等其他功能。但相比之下它缺少Cortex-R內核的實時組件，單論伺服控制方面Cortex-R會更適合。

小結

機器人系統控制往多核處理器靠攏，不同內核之間分散各個回路可以使專用于每個回路的處理帶寬最大化，這肯定會提升系統的控制處理能力，并完成更多其它功能的實現。上面這些不同內核，優勢各異的處理元件如何選擇如何搭配在機器人控制設計中有著很多玩法與變化。