随着科技的进步和发展,机器人在人类的生产生活中扮演着越来越重要的角色,尤其是在太空、水下等特殊场合下,机器人更是发挥了重要的作用。这些场合的恶劣环境,对机器人控制系统的可靠性提出了很高的要求。而系统总线作为是机器人系统的重要组成部分,其可靠性对整个机器人系统的可靠性有着举足轻重的作用。为此本文对高可靠性的总线冗余系统进行了探讨和研究,给出了从物理层到高级链路层、从理论到实践的分析、设计和实现。随着CAN总线的优越性得到人们的广泛认可,CAN总线的应用技术也层出不穷。本文充分利用CAN总线的诸多特性设计实现了应用于机器人伺服控制系统的冗余可靠高效的CAN总线网络。文章首先对总线的硬件冗余方式进行研究,提出一种基于FPGA的全冗余总线结构,还提出了一种集成于CAN总线IP内的动态优先级提升算法来对报文进行调度,用极小的开销,避免了网络通信繁忙时,优先级低的报文出现“死锁”的问题。随后为了更好的提高总线系统的可靠度,依据滑动窗口的应答与自动重传方法,提出了一种高效的冗余CAN故障检测和切换机制,并提出对大批量报文采用双路CAN传输的方式,充分发挥冗余双CAN总线的带宽优势。最终,设计一个集成容错切换机制的CAN总线IP,用SOPC的方式实现关节伺服控制器及其CAN总线系统集成,提高系统的内部集成度,减小体积重量,提高系统的总体可靠度,并搭建了总线性能的测试环境,对总线系统的实际工作性能进行了验证。