專利名稱：雙系統(tǒng)組件式的工業(yè)機(jī)器人控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種エ業(yè)機(jī)器人控制器，具體說是ー種雙系統(tǒng)組件式的エ業(yè)機(jī)器人控制器。
背景技術(shù)：
機(jī)器人控制器在發(fā)展過程中按照機(jī)器人控制算法的處理方式來看，可分為單CPU結(jié)構(gòu)、集中控制方式；ニ級CPU結(jié)構(gòu)、主從式控制方式和多CPU分布式控制方式等。前兩種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的早期，采用微處理器芯片實(shí)現(xiàn)，CPU運(yùn)算能力不夠強(qiáng)，第三種結(jié)構(gòu)多采用PC機(jī)+DSP板卡的形式，分別實(shí)現(xiàn)上位機(jī)程序和運(yùn)動控制程序，如PMAC卡或 Trio板卡。這些方案存在ー些相似的問題，結(jié)構(gòu)普遍比較復(fù)雜，編程比較困難，而且系統(tǒng)運(yùn)算能力較差，難以實(shí)現(xiàn)比如機(jī)器人動力學(xué)控制這樣的復(fù)雜運(yùn)算，軟件與硬件聯(lián)系比較緊密，配線過多，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試及維修比較困難，導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性較差。而且當(dāng)需要控制的節(jié)點(diǎn)不斷增加時，控制變得異常復(fù)雜。如果實(shí)現(xiàn)更多軸的聯(lián)動控制，則需要在整個結(jié)構(gòu)上做大的調(diào)整,造成成本的增加。目前最新的開放式的架構(gòu)如專利CN1424649A“開放式結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制器”等，雖然也在PC機(jī)上利用實(shí)時系統(tǒng)開發(fā)了開放式的控制器，但是這些控制器基本上都是具有層次性的架構(gòu)，每個層次所實(shí)現(xiàn)的功能是確定的，在増加新功能時往往需要對系統(tǒng)的框架進(jìn)行修改，工作量非常大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了ー種雙系統(tǒng)組件式的エ業(yè)機(jī)器人控制器。采用“組件式”的結(jié)構(gòu)，利用路由管理器和軟總線實(shí)現(xiàn)組件式互聯(lián)的基礎(chǔ)，形成開放式構(gòu)架。本發(fā)明雙系統(tǒng)組件式的エ業(yè)機(jī)器人控制器，包括標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)、實(shí)時操作系統(tǒng)、 路由管理模塊、軟總線、驅(qū)動管理模塊、運(yùn)動控制模塊、PLC模塊(可編程控制器模塊)、IO模塊、示教盒接ロ模塊和協(xié)議棧模塊；其特征是
所述標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)和實(shí)時操作系統(tǒng)是所有組件模塊運(yùn)行的基礎(chǔ)平臺，示教盒接ロ模塊、協(xié)議棧模塊以及IO模塊運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)下，PLC模塊、運(yùn)動控制模塊、驅(qū)動管理模塊和路由管理模塊運(yùn)行在實(shí)時操作系統(tǒng)下；
軟總線是ー種自定義的Ethernet協(xié)議，通過組件模塊的網(wǎng)絡(luò)地址和功能地址，來向?qū)?yīng)的組件功能發(fā)起請求及通訊；路由管理模塊和軟總線一起，將其他實(shí)時和非實(shí)時運(yùn)行的模塊連接起來；
路由管理模塊用于對不同功能模塊之間的訪問進(jìn)行路由選擇及訪問控制仲裁，并且對系統(tǒng)中的公用數(shù)據(jù)資源進(jìn)行維護(hù)；各個功能模塊(即驅(qū)動管理模塊、運(yùn)動控制模塊、PLC模塊、IO模塊、示教盒接ロ模塊和協(xié)議棧模塊)都有ー個符合軟總線協(xié)議規(guī)則的接ロ，當(dāng)模塊之間需要交互時，會通過該接ロ，將信息傳遞到軟總線上，最后到達(dá)路由管理模塊；路由管理模塊對這些請求或回復(fù)進(jìn)行解析，經(jīng)過仲裁判斷后，對對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行操作，并對相關(guān)的模塊進(jìn)行指示或回復(fù)；
驅(qū)動管理模塊(總線管理模塊)對現(xiàn)場總線進(jìn)行管理，驅(qū)動管理模塊的下層為各種現(xiàn)場總線板卡或協(xié)議棧的驅(qū)動程序；驅(qū)動管理模塊對各種現(xiàn)場總線板卡或協(xié)議棧的驅(qū)動程序進(jìn)行抽象，在內(nèi)部開辟ー塊內(nèi)存區(qū)域，用于將這些總線抽象出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行映射；當(dāng)其他功能模塊需要訪問現(xiàn)場總線所連接的設(shè)備時，驅(qū)動管理模塊會為該訪問提供一個相同的抽象接 ロ，并在內(nèi)部將該訪問傳遞到正確的驅(qū)動程序上去；
運(yùn)動控制模塊對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動規(guī)劃及控制；該功能模塊周期性運(yùn)行，每個周期讀取機(jī)器人各軸的當(dāng)前信息，根據(jù)相應(yīng)的算法進(jìn)行運(yùn)算后，將新的給定數(shù)據(jù)更新；這些數(shù)據(jù)由路由管理模塊負(fù)責(zé)維護(hù)，最終傳遞到驅(qū)動管理模塊上，并經(jīng)過驅(qū)動程序發(fā)送到對應(yīng)的硬件上；
IO模塊和運(yùn)動控制模塊運(yùn)行在同一級別，主要維護(hù)系統(tǒng)的IO信息，對上層程序提供常見的系統(tǒng)中已有的IO信號的訪問；上層程序訪問IO時，經(jīng)過IO模塊傳遞到路由管理模塊上；路由管理模塊將該信息轉(zhuǎn)給驅(qū)動管理模塊，最終經(jīng)過驅(qū)動程序發(fā)送到對應(yīng)的硬件上； 示教盒接ロ模塊、協(xié)議棧模塊和PLC模塊處于同一級，為IO模塊和運(yùn)動控制模塊的上層程序；PLC模塊運(yùn)行在實(shí)時系統(tǒng)下，示教盒接ロ模塊、協(xié)議棧模塊運(yùn)行在非實(shí)時系統(tǒng)中。本發(fā)明雙系統(tǒng)組件式的エ業(yè)機(jī)器人控制器，采用組件式結(jié)構(gòu)，使得控制器為開放式構(gòu)架，用戶可以自行開發(fā)功能模塊組件，并按照規(guī)則添加到系統(tǒng)中。而且控制器開放式的接ロ使得控制器可以連接的硬件不受限制。


圖I是本發(fā)明雙系統(tǒng)組件式的エ業(yè)機(jī)器人控制器結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)ー步詳細(xì)說明。如圖I所示，雙系統(tǒng)組件式的エ業(yè)機(jī)器人控制器，包括標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)1，實(shí)時操作系統(tǒng)2，路由管理模塊3，軟總線4，驅(qū)動管理模塊5，運(yùn)動控制模塊6，PLC模塊7，IO模塊 8，示教盒接ロ模塊(包含示教再現(xiàn)功能)9和協(xié)議棧模塊10。其中，標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)I和實(shí)時操作系統(tǒng)2是所有組件模塊運(yùn)行的基礎(chǔ)平臺。示教盒接ロ模塊9、協(xié)議棧模塊10以及IO模塊8運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)I下，PLC模塊7、運(yùn)動控制模塊6、驅(qū)動管理模塊5和路由管理模塊3運(yùn)行在實(shí)時操作系統(tǒng)下。軟總線4是ー種自定義的Ethernet協(xié)議，通過組件模塊的網(wǎng)絡(luò)地址和功能地址， 來向?qū)?yīng)的組件功能發(fā)起請求及通訊。路由管理模塊3是系統(tǒng)中的管理者，和軟總線4 一起，將其他實(shí)時和非實(shí)時運(yùn)行的模塊連接起來。路由管理模塊3用于對不同功能模塊之間的訪問進(jìn)行路由選擇及訪問控制仲裁， 并且對系統(tǒng)中的公用數(shù)據(jù)資源進(jìn)行維護(hù)。在具體實(shí)現(xiàn)時，路由管理模塊3在系統(tǒng)內(nèi)存中開辟ー塊共享內(nèi)存區(qū)域，用于存儲全局性的數(shù)據(jù)。不同功能模塊的可供訪問的全局?jǐn)?shù)據(jù)映射到不同的相應(yīng)內(nèi)存段，這些內(nèi)存段即代表了各功能模塊的地址空間。不同功能模塊之間的數(shù)據(jù)交互及功能調(diào)用最終歸結(jié)到對這些全局?jǐn)?shù)據(jù)的訪問，所有對這些數(shù)據(jù)的訪問都需要經(jīng)過路由管理模塊3來進(jìn)行仲裁及選擇。每個功能模塊都有ー個符合軟總線4協(xié)議規(guī)則的接 ロ，當(dāng)功能模塊之間需要交互時，會通過該接ロ，將信息傳遞到軟總線4上，最后到達(dá)路由管理模塊3。路由管理模塊3對這些請求或回復(fù)進(jìn)行解析，經(jīng)過仲裁判斷后，對對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行操作，并對相關(guān)的功能模塊進(jìn)行指示或回復(fù)。軟總線4和路由管理模塊3的結(jié)合使得組件可以分布在網(wǎng)絡(luò)中的不同設(shè)備中，不同設(shè)備中的組件進(jìn)行通訊時，由路由管理模塊判斷組件是否為本地組件或遠(yuǎn)程組件，如果為遠(yuǎn)程組件，則將軟總線上傳遞來的協(xié)議數(shù)據(jù)封包成Ethernet數(shù)據(jù)包，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳遞到目標(biāo)設(shè)備上。驅(qū)動管理模塊5對現(xiàn)場總線進(jìn)行管理，在各功能模塊中屬于較為底層。驅(qū)動管理模塊5的下層為各種現(xiàn)場總線板卡或協(xié)議棧的驅(qū)動程序，如CanOpen、EtherCAT和 Prof iDrive等。驅(qū)動管理模塊5對這些驅(qū)動程序進(jìn)行抽象，在內(nèi)部開辟ー塊內(nèi)存區(qū)域，用于將這些總線抽象出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行映射。當(dāng)其他功能模塊如IO模塊8或運(yùn)動控制模塊6需要訪問現(xiàn)場總線所連接的設(shè)備時(如IO從站或伺服器)，驅(qū)動管理模塊5會為這種對不同現(xiàn)場總線的訪問提供ー個相同的抽象接ロ，并在內(nèi)部將這些訪問傳遞到正確的驅(qū)動程序上去。運(yùn)動控制模塊6對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動規(guī)劃及控制。該功能模塊周期性運(yùn)行，每個周期讀取機(jī)器人各軸的當(dāng)前信息，根據(jù)相應(yīng)的算法進(jìn)行運(yùn)算后，將新的給定數(shù)據(jù)更新。這些數(shù)據(jù)由路由管理模塊3負(fù)責(zé)維護(hù)，最終傳遞到驅(qū)動管理模塊5上，并經(jīng)過驅(qū)動程序發(fā)送到對應(yīng)的硬件上。IO模塊8和運(yùn)動控制模塊6運(yùn)行在同一級別，主要維護(hù)系統(tǒng)的IO信息。對上層提供常見的系統(tǒng)中已有的IO信號的訪問。上層程序訪問IO時，經(jīng)過IO模塊8傳遞到路由管理模塊3上。路由管理模塊3將該信息轉(zhuǎn)給驅(qū)動管理模塊5，最終經(jīng)過驅(qū)動程序發(fā)送到對應(yīng)的硬件上。示教盒接ロ模塊9、協(xié)議棧10和PLC模塊7處于同一級，為IO模塊8和運(yùn)動控制模塊6的上層程序，實(shí)現(xiàn)對這些下層模塊功能的訪問。PLC模塊7運(yùn)行在實(shí)時系統(tǒng)下，示教盒接ロ模塊9、協(xié)議棧模塊10運(yùn)行在非實(shí)時系統(tǒng)中。這種組件式的設(shè)計(jì)使得控制器的功能并不局限于此，用戶可以自行開發(fā)功能模塊組件，并按照規(guī)則添加到系統(tǒng)中。而且控制器開放式的接ロ使得控制器可以連接的硬件不受限制。
權(quán)利要求
1.一種雙系統(tǒng)組件式的工業(yè)機(jī)器人控制器，包括標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)、實(shí)時操作系統(tǒng)、路由管理模塊、軟總線、驅(qū)動管理模塊、運(yùn)動控制模塊、PLC模塊、IO模塊、示教盒接口模塊和協(xié)議棧模塊；其特征是所述標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)和實(shí)時操作系統(tǒng)是所有組件模塊運(yùn)行的基礎(chǔ)平臺，示教盒接口模塊、協(xié)議棧模塊以及IO模塊運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)下，PLC模塊、運(yùn)動控制模塊、驅(qū)動管理模塊和路由管理模塊運(yùn)行在實(shí)時操作系統(tǒng)下；軟總線是一種自定義的Ethernet協(xié)議，通過組件模塊的網(wǎng)絡(luò)地址和功能地址，來向?qū)?yīng)的組件功能發(fā)起請求及通訊；路由管理模塊和軟總線一起，將其他實(shí)時和非實(shí)時運(yùn)行的模塊連接起來；路由管理模塊用于對不同功能模塊之間的訪問進(jìn)行路由選擇及訪問控制仲裁，并且對系統(tǒng)中的公用數(shù)據(jù)資源進(jìn)行維護(hù)；各個功能模塊(即驅(qū)動管理模塊、運(yùn)動控制模塊、PLC模塊、IO模塊、示教盒接口模塊和協(xié)議棧模塊)都有一個符合軟總線協(xié)議規(guī)則的接口，當(dāng)模塊之間需要交互時，會通過該接口，將信息傳遞到軟總線上，最后到達(dá)路由管理模塊；路由管理模塊對這些請求或回復(fù)進(jìn)行解析，經(jīng)過仲裁判斷后，對對應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行操作，并對相關(guān)的模塊進(jìn)行指示或回復(fù)；驅(qū)動管理模塊(總線管理模塊)對現(xiàn)場總線進(jìn)行管理，驅(qū)動管理模塊的下層為各種現(xiàn)場總線板卡或協(xié)議棧的驅(qū)動程序；驅(qū)動管理模塊對各種現(xiàn)場總線板卡或協(xié)議棧的驅(qū)動程序進(jìn)行抽象，在內(nèi)部開辟一塊內(nèi)存區(qū)域，用于將這些總線抽象出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行映射；當(dāng)其他功能模塊需要訪問現(xiàn)場總線所連接的設(shè)備時，驅(qū)動管理模塊會為該訪問提供一個相同的抽象接口，并在內(nèi)部將該訪問傳遞到正確的驅(qū)動程序上去；運(yùn)動控制模塊對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動規(guī)劃及控制；該功能模塊周期性運(yùn)行，每個周期讀取機(jī)器人各軸的當(dāng)前信息，根據(jù)相應(yīng)的算法進(jìn)行運(yùn)算后，將新的給定數(shù)據(jù)更新；這些數(shù)據(jù)由路由管理模塊負(fù)責(zé)維護(hù)，最終傳遞到驅(qū)動管理模塊上，并經(jīng)過驅(qū)動程序發(fā)送到對應(yīng)的硬件上；IO模塊和運(yùn)動控制模塊運(yùn)行在同一級別，主要維護(hù)系統(tǒng)的IO信息，對上層程序提供常見的系統(tǒng)中已有的IO信號的訪問；上層程序訪問IO時，經(jīng)過IO模塊傳遞到路由管理模塊上；路由管理模塊將該信息轉(zhuǎn)給驅(qū)動管理模塊，最終經(jīng)過驅(qū)動程序發(fā)送到對應(yīng)的硬件上； 示教盒接口模塊、協(xié)議棧模塊和PLC模塊處于同一級，為IO模塊和運(yùn)動控制模塊的上層程序；PLC模塊運(yùn)行在實(shí)時系統(tǒng)下，示教盒接口模塊、協(xié)議棧模塊運(yùn)行在非實(shí)時系統(tǒng)中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙系統(tǒng)組件式的工業(yè)機(jī)器人控制器，包括標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)、實(shí)時操作系統(tǒng)、路由管理模塊、軟總線、驅(qū)動管理模塊、運(yùn)動控制模塊、PLC模塊、IO模塊、示教盒接口模塊和協(xié)議棧模塊。本發(fā)明采用組件式的架構(gòu)，組件分別運(yùn)行在非實(shí)時系統(tǒng)和實(shí)時系統(tǒng)下，支持分布式處理；通過路由管理器和軟總線實(shí)現(xiàn)各組件之間的通訊及功能調(diào)用；路由管理器是各組件的仲裁者，組件通訊時經(jīng)過該模塊的管理；驅(qū)動管理模塊為其他模塊之間的通訊提供了一個抽象、統(tǒng)一的符合DS402標(biāo)準(zhǔn)的接口，符合該接口標(biāo)準(zhǔn)的伺服驅(qū)動器可以通過簡單的工作集成到控制器中。用戶可以自行開發(fā)功能模塊組件，并按照規(guī)則添加到系統(tǒng)中，而且控制器開放式的接口使得連接硬件不受限制。
文檔編號G05B19/418GK102591306SQ201210059639
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者余繼軍, 吳波, 王杰高, 王繼虎 申請人:南京埃斯頓機(jī)器人工程有限公司, 南京埃斯頓自動化股份有限公司