[发明专利]一种模块动态调度的机器人控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人控制器，特别地涉及一种模块动态调度的机器人控制器。

背景技术

机器人控制领域的通用运动控制器，正沿着从纯硬件实现运动控制算法到纯软件实现的道路发展，在每个不同的时间段内，运动控制器均具有比较鲜明的特色。在最早期，运动控制器由纯粹的模拟电路搭建而成，后来应用了运动控制专用芯片，由此实现了实时运动控制卡加上通用计算机构成的完整运动控制器，再进一步，运动控制芯片为更加通用的数字信号处理器所代替。

当前，得益于通用计算平台的高性能，使得纯软件实现通用运动控制成为了可能。但是，目前大多数的此类控制器，均由比较复杂的、耦合性比较强的庞大软件构成，甚至采用多操作系统协作的方式实现，例如中国专利CN1867895B,从而使得使用和维护变得极其困难。同时，由于这种运动控制器必须具有和外部不确定环境交互的能力，这就使控制器所接受到的信息具有相当的随机性，而系统又紧密耦合在一起，一旦发生交互出错，将导致整个系统崩溃，从而导致危险。最后，这样的耦合系统无法区分各个功能模块，为了保持系统的稳定性，运行控制必须长期占有大量的计算资源，这将严重影响系统对外部事件的响应，同时也是对硬件计算资源的一种浪费。

发明内容

为了解决上述问题，改进现有的纯软件实现的运动控制器，本发明提供一种模块动态调度的机器人控制器，其包括控制器母板，在控制器母板上设置有中央处理器和存储单元，该中央处理器为控制器母板上的核心硬件装置，此外，在控制器母板上还设置有外部设备硬件接口，其中，在中央处理器内设置有多个独立处理单元，每个处理单元配置地被绑定不同的软件模块以用于调取程序。

优选的是，独立处理单元的数量为四个，其中三个独立处理单元分别与运动控制模块、通信资源管理器模块、外部设备统一管理模块绑定，而实时调度模块、可编辑逻辑模块和实用程序模块与第四个独立处理单元集成绑定，其中，实时调度模块5配置地用于动态地加载，卸载和调度机器人控制器内的各个模块，这些模块都需在实时调度模块中预先注册，实时调度模块还能够实时地查询监控当前控制器中所有硬件资源的状态，包括各个模块的运行状态，这些硬件资源不但包括所有独立处理单元，还包括中央处理器、存储单元以及外部设备硬件接口，实时调度模块还能配置地用于动态地释放掉被占有的，又被闲置了一段时间的资源，再将需要使用这些资源的模块调度进入使用。

优选的是，独立处理单元的数量大于等于六个，其中，运动控制模块、通信资源管理器模块、外部设备统一管理模块、实时调度模块、可编辑逻辑模块和实用程序模块分别与单独的独立处理单元相绑定。

优选的是，外部设备统一管理模块配置地用于与外部设备硬件接口相连接并进行通信，外部设备硬件接口是所述机器人控制器与外部硬件设备连接的交互通道，所有的外部设备都通过该外部设备硬件接口接入所述机器人控制器，并通过外部设备统一管理模块来集中管理信息交换。当使用所述外部设备时，首先将机器人控制器所拥有的外部设备注册在该外部设备统一管理模块中，同时提供与该设备相关的基本信息，外部设备统一管理模块利用这些基本信息分别为这些外部设备编写独立的底层设备驱动，然后将这些驱动封装在一起，并给外部使用者提供标准化的操作函数，实现对所有硬件的统一抽象和标准化操作。

优选的是，所述外部设备是控制机器人所必有的设备，其包括数字及模拟量输入输出接口，机器人示教器。

优选的是，通信资源管理器模块配置地用于管理各模块之间的通信，以及用于获取机器人的运动轨迹，这样的轨迹是通过对机器人示教，对机器人语言程序解析获得的，其中运动轨迹包括机器人的关节空间或者笛卡儿空间的位置信息，此外，通信资源管理器模块还能获取当前机器人的真实关节位置，通信资源管理器模块在统一协调管理机器人控制器的控制器母板中的各个软件模块之间的通信中，其利用了高速高带宽的实时内部总线传递交互信息，保证通信的稳定性，并在此总线上针对不同的通行对象进行了特殊的构建协议设计，通信资源管理器模块还具有初等的数据计算及转换能力，能够执行一些简单的数据处理任务，同时保证模块运行的高速性及实时性，还能够对源数据进行格式转换，使转换后的数据能够在被传递给后续模块后直接使用。

优选的是，特殊的构建协议设计包括针对高速实时性字符类数据，采用直接传递无检验的方式；针对低速重要信息，收发双方持有握手协议；针对信息量比较大的块数据，采用数据块缓存后集中收发的方式。