11、机器人系统中的实时控制

机器人系统中的实时控制

1. 引言

随着机器人系统开始与人类互动，其维度、控制复杂度、任务难度和动态能力都在不断增加。因此，实时控制变得至关重要，即要在系统动态的时间尺度内或更快地做出智能决策，并可靠地执行。此外，高维仿生系统也越来越普遍，它们的控制策略与传统工程系统不同，更强调协调、柔顺和耦合控制，而非关节的正交、刚性和独立控制。

为了应对这些挑战，需要解决几个子问题，包括时序、维度、计算能力、系统带宽和安全性。这些问题虽然有各自独立的研究领域，但忽略任何一个都可能导致复杂实时系统的失败。熟悉这些问题和方法有助于研究人员和从业者更有效地设计、实施和调试实时系统。

1.1 关键点和贡献

• 一种将实时控制理论与实际硬件问题相结合的独特方法，这些硬件问题与理论的功能密切相关。
• 一种半冗余集成系统的新方法，可为人机交互提供更好的安全措施。
• 有效处理高维系统和复杂控制策略的实时策略。
• 不同领域对实时的概念有所不同，这里将讨论多种实时概念，它们之间的关系，以及如何相互增强和集成。

1.2 内容组织

后续内容将实时问题分解为子问题，并介绍每个问题的解决方法。还会展示使用这些方法设计的实时系统的结果，以证明其有效性。最后对问题和方法进行回顾和讨论，并提出进一步的研究方向。

2. 子问题

通过定义子问题，可以开始解决机器人系统中的实时控制问题。

2.1 时序问题

时序问题的核心是特定应用中实时的定义。例如，能源生产的化学过程可能需要数小时，而运动