一種模塊化可重構(gòu)運動控制器的構(gòu)建方法
【專利摘要】一種模塊化可重構(gòu)運動控制器的構(gòu)建方法，第一步：分模塊設(shè)計運動控制器硬件接口；第二步：構(gòu)建運動控制器功能固件架構(gòu)；第三步：設(shè)計運動控制器功能固件；第四步：重構(gòu)運動控制器，①設(shè)計一個管理框架1，用于對各功能模塊框架2和管理框架硬件接口驅(qū)動4調(diào)用與數(shù)據(jù)信息管理，以及完成各功能模塊框架2之間的數(shù)據(jù)信息交互；②設(shè)計管理框架硬件接口驅(qū)動4，完成對管理框架硬件接口6的驅(qū)動；③通過管理框架1對管理框架硬件接口驅(qū)動4和多個功能模塊框架2調(diào)用，以及完成對多個功能模塊框架2和管理框架硬件接口驅(qū)動4執(zhí)行順序的規(guī)劃，實現(xiàn)運動控制器的重構(gòu)。采用本方法構(gòu)建的運動控制具有很好的互操作性、可移植性、可縮放性和可互換性。
【專利說明】一種模塊化可重構(gòu)運動控制器的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動化和先進制造領(lǐng)域，具體涉及一種模塊化可重構(gòu)運動控制器的構(gòu)
建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]運動控制器是數(shù)控機床、機器人等一類機電一體化設(shè)備中常用的核心運動控制部件。目前運動控制器已從單片機或微處理器作為核心的運動控制器和專用芯片作為核心處理器的運動控制器，發(fā)展到基于PC總線、現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)等的以DSP和FPGA作為核心處理器的具有開放性、互操作性、可移植性、可縮放性和可互換性的運動控制器。國內(nèi)外，已有多種商品化的開放式運動控制器，如美國的PMAC運動控制器，國內(nèi)固高公司系列控制器。
[0003]但是，目前這些控制器的固件與硬件聯(lián)系緊密，互操作性、可移植性、可縮放性和可互換性等都較差，而且用戶很難根據(jù)實際運動控制器功能的需求對固件進行功能模塊的增加、裁剪和修改，實現(xiàn)運動控制器重構(gòu)，這限制了運動控制器的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的旨在提供一種模塊化可重構(gòu)運動控制器的構(gòu)建方法，以解決目前運動器互操作性、可移植性、可縮放性和可互換性等都較差的問題。該方法通過管理框架I對多個功能模塊框架2和管理框架硬件接口驅(qū)動4調(diào)用，以及完成對多個功能模塊框架2和管理框架硬件接口驅(qū)動4執(zhí)行順序的規(guī)劃，實現(xiàn)運動控制器的重構(gòu)。
[0005]為實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案步驟如下:
[0006]第一步:分模塊設(shè)計運動控制器硬件接口
[0007]根據(jù)運動控制器控制功能需求，采用模塊化設(shè)計完成對運動控制器硬件接口的設(shè)計；
[0008]第二步:構(gòu)建運動控制器功能固件架構(gòu)
[0009]根據(jù)運動控制器控制功能需求，將功能固件劃分為若干個功能模塊3、功能模塊框架2和功能模塊硬件接口驅(qū)動5，并功能模塊框架2和功能模塊3連接，功能模塊框架2和功能模塊硬件接口驅(qū)動5連接，功能模塊硬件接口驅(qū)動5和功能模塊硬件接口 7連接；
[0010]第三步:設(shè)計運動控制器功能固件
[0011]①將完成運動控制器單一功能的功能模塊3，設(shè)計成多個可以獨立完成功能模塊3功能的子功能模塊；也可以將功能模塊3的功能分解成多個獨立的需要協(xié)同完成功能模塊3功能的子功能模塊；
[0012]②設(shè)計功能模塊硬件接口驅(qū)動5，完成對功能模塊硬件接口 7的驅(qū)動；
[0013]③設(shè)計用于對功能模塊硬件接口驅(qū)動5和功能模塊3中的多個子功能模塊調(diào)用和數(shù)據(jù)信息管理的功能模塊框架2，并定義功能模塊框架2與功能模塊硬件接口驅(qū)動5和功能模塊3內(nèi)部多個子功能模塊的數(shù)據(jù)信息接口，以及在功能模塊框架2規(guī)劃功能模塊硬件接口驅(qū)動5和功能模塊3內(nèi)部多個子功能模塊的執(zhí)行順序；
[0014]第四步:重構(gòu)運動控制器
[0015]①設(shè)計一個管理框架I，用于對各功能模塊框架2和管理框架硬件接口驅(qū)動4調(diào)用與數(shù)據(jù)信息管理，以及完成各功能模塊框架2之間的數(shù)據(jù)信息交互；
[0016]②設(shè)計管理框架硬件接口驅(qū)動4，完成對管理框架硬件接口 6的驅(qū)動；
[0017]③通過管理框架I對多個功能模塊框架2和管理框架硬件接口驅(qū)動4調(diào)用，以及完成對多個功能模塊框架2和管理框架硬件接口驅(qū)動4執(zhí)行順序的規(guī)劃，實現(xiàn)運動控制器的重構(gòu)。
[0018]所述的第一步中的運動控制器硬件接口主要包括管理框架硬件接口 6和功能模塊硬件接口 7。
[0019]所述的第三步中的多個子功能模塊完成單一的子功能，子功能模塊之間相互獨立，非直接耦合，且不能直接與功能模塊硬件接口驅(qū)動5進行數(shù)據(jù)信息交互。
[0020]所述的第三步中的功能模塊框架2、功能模塊3中的多個子功能模塊和功能模塊硬件接口驅(qū)動5，都可以根據(jù)運動控制器控制功能的需求進行增力卩、裁剪和修改。
[0021]本發(fā)明的特點和有益效果在于:
[0022](I)采用管理框架對多個功能模塊框架和管理框架硬件接口驅(qū)動進行調(diào)用與數(shù)據(jù)信息管理，以及功能模塊框架對功能模塊硬件接口驅(qū)動和功能模塊中多個子功能模塊進行調(diào)用與數(shù)據(jù)信息管理，提高了運動控制器的互操作性。
[0023](2)功能模塊框架、功能模塊中的子功能模塊和功能模塊硬件接口驅(qū)動，可根據(jù)運動控制器控制功能需求進行自由增加、裁剪和修改，提高了運動控制器的可縮放性。
[0024](3)所述方法構(gòu)建的運動控制器，固件與硬件分開，功能模塊中子功能模塊彼此獨立且不直接與功能模塊硬件接口驅(qū)動進行數(shù)據(jù)信息交互，因此通過更改功能模塊硬件接口驅(qū)動和對功能模塊中子功能模塊進行最小修改，就可將運動控制器移植于數(shù)控系統(tǒng)和機器人系統(tǒng)，提高了運動控制器的可移植性和可互換性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的運動控制器構(gòu)建方法流程圖。
[0026]圖2為本發(fā)明的一種模塊化可重構(gòu)運動控制器框圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖1到圖2對本發(fā)明作進一步的說明:
[0028]如圖1所示的運動控制器構(gòu)建方法流程圖和圖2所示的一種模塊化可重構(gòu)運動控制器框圖，可以根據(jù)工業(yè)被控設(shè)備的實際情況對控制器按照構(gòu)建方法進行重構(gòu)，本發(fā)明的具體實施例如下:
[0029]第一步:分模塊設(shè)計運動控制器硬件接口。根據(jù)運動控制器控制功能需求，采用模塊化設(shè)計完成對運動控制器硬件接口的設(shè)計；所述的硬件接口包括管理框架硬件接口 6和功能模塊硬件接口 7 ;實際工業(yè)應(yīng)用中管理框架硬件接口 6主要提供完成運動控制器通信功能的硬件接口如太網(wǎng)接口、RS232接口、USB接口和CAN總線接口 ；功能模塊硬件接口 7主要提供完成運動控制器控制功能所需的硬件接口，如傳感器:旋轉(zhuǎn)編碼器接口、光柵傳感器接口，I/O接口，以及與控制下層執(zhí)行器的硬件接口等。
[0030]第二步:構(gòu)建運動控制器功能固件架構(gòu)。根據(jù)實際情況下運動控制器控制功能需求，將所構(gòu)建的運動控制器功能固件劃分為若干個功能模塊3、功能模塊框架2和功能模塊硬件接口驅(qū)動5 ;功能模塊框架2和功能模塊3連接，功能模塊框架2和功能模塊硬件接口驅(qū)動5連接，功能模塊硬件接口驅(qū)動5和功能模塊硬件接口 7連接。根據(jù)實際需要構(gòu)建運動控制器的功能，例如功能模塊框架2可定義為運動控制框架，測量系統(tǒng)框架，擴展功能框
力口坐坐木寸寸。
[0031]第三步:設(shè)計運動控制器功能固件。
[0032]①將完成運動控制器單一功能的功能模塊3設(shè)計成多個可以獨立完成功能模塊3功能的子功能模塊；也可以將功能模塊3的功能分解成多個獨立的需要協(xié)同完成功能模塊3功能的子功能模塊。例如設(shè)計數(shù)控機床或機器人的運動控制器功能模塊3主要包括軌跡預(yù)處理功能模塊、加減速控制功能模塊、插補功能模塊、位置控制功能模塊或狀態(tài)監(jiān)控功能模塊等單一功能模塊，這些功能模塊都可以根據(jù)實際情況進行添加和裁剪。每個單一功能
模塊3包含N個子功能模塊(N = 0，1，2......，當N = O表示無子功能模塊)，每個子功能
模塊實現(xiàn)單一的子功能；此外，功能模塊3中的每個子功能模塊可以獨立完成功能模塊3的功能，也可以通過功能模塊框架2對幾個子模塊的調(diào)度協(xié)同完成功能模塊3的功能。用戶可以在不改變子功能模塊與功能模塊框架2的數(shù)據(jù)信息接口的情況下，重新設(shè)計或修改實際所需要的子功能模塊。所述的功能模塊3中的多個子功能模塊完成單一的子功能，子功能模塊之間相互獨立，非直接耦合，且不能直接與功能模塊硬件接口驅(qū)動5進行數(shù)據(jù)信息交互。
[0033]②設(shè)計功能模塊硬件接口驅(qū)動5，完成對應(yīng)功能模塊硬件接口 7 (例如常用傳感器接口，控制運動部件的接口等等)，的驅(qū)動；所述的功能模塊硬件接口驅(qū)動5用于驅(qū)動對應(yīng)的功能模塊硬件接口 7以及獲取和處理功能模塊硬件接口 7信息，并將處理結(jié)果通過功能模塊框架2送入功能模塊3中需要獲取功能模塊硬件接口 7信息的子功能模塊；所述的功能模塊硬件接口驅(qū)動5，每個功能模塊硬件接口驅(qū)動5還用于接收和處理功能模塊框架2對功能模塊3中子功能模塊的管理的數(shù)據(jù)信息，將處理結(jié)果送入對應(yīng)的功能模塊硬件接口 7。
[0034]③設(shè)計用于對功能模塊硬件接口驅(qū)動5和功能模塊3中的多個子功能模塊調(diào)用和數(shù)據(jù)信息管理的功能模塊框架2，并定義功能模塊框架2與功能模塊硬件接口驅(qū)動5和功能模塊3內(nèi)部多個子功能模塊的數(shù)據(jù)信息接口，以及在功能模塊框架2規(guī)劃功能模塊硬件接口驅(qū)動5和功能模塊3內(nèi)部多個子功能模塊的執(zhí)行順序。
[0035]第四步:重構(gòu)運動控制器
[0036]①設(shè)計一個整個運動控制的管理框架1，用于對各功能模塊框架2和管理框架硬件接口驅(qū)動4調(diào)用與數(shù)據(jù)信息管理，以及完成各功能模塊框架2之間的數(shù)據(jù)信息交互；所述的管理框架I需要定義功能模塊框架2與管理框架硬件接口驅(qū)動4的數(shù)據(jù)信息接口，并開辟一個存儲區(qū)，用于對功能模塊框架2和管理框架硬件接口驅(qū)動4的數(shù)據(jù)信息進行存儲。例如在數(shù)控系統(tǒng)中，管理框架硬件接口驅(qū)動4為對數(shù)控系統(tǒng)中軸管理框架硬件接口驅(qū)動；在對機器人控制中管理框架硬件接口驅(qū)動4為對機器人的機器人臂管理框架硬件接口驅(qū)動；其可根據(jù)實際設(shè)備來定義。
[0037]②設(shè)計管理框架硬件接口驅(qū)動4，完成對管理框架硬件接口 6的驅(qū)動；所述的管理框架硬件接口驅(qū)動4，用于獲取和處理管理框架硬件接口 6信息，將處理結(jié)果送入管理框架I ;所述的管理框架硬件接口驅(qū)動4還用于接收和處理管理框架I傳送的數(shù)據(jù)信息，將處理結(jié)果送入管理框架硬件接口 6。例如管理框架硬件接口 6可為通用的通信接口，外部擴展接口等，或者為不同的多樣的專用I/O接口等等。
[0038]③通過管理框架I對管理框架硬件接口驅(qū)動4和多個功能模塊框架2調(diào)用，以及完成對多個功能模塊框架2和管理框架硬件接口驅(qū)動4執(zhí)行順序的規(guī)劃，進而完成對整個運動控制器的重構(gòu)。
[0039]上述步驟三所述的多個功能模塊框架2、多個功能模塊硬件接口驅(qū)動5和多個功能模塊3中的多個子功能模塊，都可以根據(jù)運動控制器控制功能的需求進行增加、裁剪和修改。
[0040]采用本發(fā)明的一種模塊化可重構(gòu)運動控制器的構(gòu)建方法構(gòu)建的運動控制器，具有很好的互操作性、可移植性、可縮放性和可互換性。通過本發(fā)明用戶可以根據(jù)需要，簡便、快速、可靠地重構(gòu)運動控制器，減少開發(fā)、維護、升級成本和時間。
[0041]最后說明的是本發(fā)明的一種模塊化可重構(gòu)運動控制器的構(gòu)建方法不局限于上述實施例，還可以做出各種修改、變換和變形。因此，說明書和附圖應(yīng)被認為是說明性的而非限制性的。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改、修飾或等同變化，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的思想和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種模塊化可重構(gòu)運動控制器的構(gòu)建方法，其特征在于，至少包括如下步驟: 第一步:分模塊設(shè)計運動控制器硬件接口 根據(jù)運動控制器控制功能需求，采用模塊化設(shè)計完成對運動控制器硬件接口的設(shè)計； 第二步:構(gòu)建運動控制器功能固件架構(gòu) 根據(jù)運動控制器控制功能需求，將功能固件劃分為若干個功能模塊(3)、功能模塊框架(2)和功能模塊硬件接口驅(qū)動(5)，并連接功能模塊框架(2)和功能模塊(3)，連接功能模塊框架(2)和功能模塊硬件接口驅(qū)動(5)，以及連接功能模塊硬件接口驅(qū)動(5)和功能模塊硬件接口⑵； 第三步:設(shè)計運動控制器功能固件 ①將完成運動控制器單一功能的功能模塊(3)，設(shè)計成多個可以獨立完成功能模塊(3)功能的子功能模塊；也可以將功能模塊(3)的功能分解成多個獨立的需要協(xié)同完成功能模塊(3)功能的子功能模塊； ②設(shè)計功能模塊硬件接口驅(qū)動(5)，完成對功能模塊硬件接口(7)的驅(qū)動； ③設(shè)計用于對功能模塊硬件接口驅(qū)動(5)和功能模塊(3)中的多個子功能模塊調(diào)用和數(shù)據(jù)信息管理的功能模塊框架(2)，并定義功能模塊框架(2)與功能模塊硬件接口驅(qū)動(5)和功能模塊(3)內(nèi)部多個子功能模塊的數(shù)據(jù)信息接口，以及在功能模塊框架(2)規(guī)劃功能模塊硬件接口驅(qū)動(5)和功能模塊(3)內(nèi)部多個子功能模塊的執(zhí)行順序； 第四步:重構(gòu)運動控制器 ①設(shè)計一個管理框架(I)，用于對各功能模塊框架(2)和管理框架硬件接口驅(qū)動(4)調(diào)用與數(shù)據(jù)信息管理，以及完成各功能模塊框架(2)之間的數(shù)據(jù)信息交互； ②設(shè)計管理框架硬件接口驅(qū)動(4)，完成對管理框架硬件接口(6)的驅(qū)動； ③通過管理框架(I)對多個功能模塊框架(2)和管理框架硬件接口驅(qū)動(4)調(diào)用，以及完成對多個功能模塊框架(2)和管理框架硬件接口驅(qū)動(4)執(zhí)行順序的規(guī)劃，實現(xiàn)運動控制器的重構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的模塊化可重構(gòu)運動控制器的構(gòu)建方法，其特征在于所述的第一步中的運動控制器硬件接口主要包括管理框架硬件接口(6)和功能模塊硬件接口(7)。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的模塊化可重構(gòu)運動控制器的構(gòu)建方法，其特征在于所述的第三步中的功能模塊框架(2)、功能模塊(3)中的多個子功能模塊和功能模塊硬件接口驅(qū)動(5)，都可以根據(jù)運動控制器控制功能的需求進行增加、裁剪和修改。
【文檔編號】G05B19/414GK103676789SQ201310718177
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月23日
【發(fā)明者】潘海鴻, 陳琳, 黃炳瓊 申請人:廣西大學