[发明专利]一种机器人控制器

说明书

本发明公开了一种机器人控制器，包括硬件部分和软件部分，硬件部分为特定型号的个人计算机，除含有一般计算机的必要部件，还含有一个多或多个以太网适配器，软件部分包括中断管理层、实时内核、通用操作系统内核、通用操作系统用户空间，中断管理层根据要求向实时内核或通用操作系统内核传递中断信号，实时内核中运行着控制算法，EtherCAT通信和进程间通信等功能模块，EtherCAT通信接收外部数据经过控制算法运算后得到输出后再通过EtherCAT发送，进程间通信负责软件部分各子部分的数据交换，通用操作系统内核和通用操作系统用户空间组成一般意义上的通用操作系统，完成一般个人电脑的各种工作。本发明使得开发者调试和用户更新程序非常方便。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，更具体地说，涉及一种机器人控制器。

背景技术

机器人控制器是对机器人的机械运动部件进行实时的控制管理，使其按照预期的运动学和动力学规划进行运动的装置。通常根据机器人机械结构和所需运动规律的不同，对运动控制器的要求也千变万化。然而，多数现有的机器人控制器或运动控制器都是针对某几种运动机构设计并构成的，难以适应目前越来越灵活的机械和算法设计；并且，其硬件大多基于DSP(数字信号处理器)或FPGA(现场可编程逻辑门阵列)构成，难以动态变更并执行其底层控制算法。所以，针对具体应用经常需要修改运动控制器的硬件构成及软件架构，尤其是面临协作型机器人等更复杂的机器人，存在灵活性不足的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术在面对不同机构和控制算法时灵活性不足的缺陷，提供一种可以便于开发者仅通过修改少量运动算法的程序代码来灵活地适应不同机械结构和运动规律的机器人控制器。

本发明所采用的技术方案是：采用基于双内核技术和EtherCAT总线的纯PC(个人计算机)来构成上述的机器人控制器，其组件详述如下：

一种机器人控制器，包括硬件部分和软件部分；

所述硬件部分为一些选定型号的个人计算机；

所述个人计算机包含有作为一般意义所指的计算机的中央处理器、内存，还包含有至少一个以太网适配器；

所述软件部分包括中断管理层、实时内核、通用操作系统内核、通用操作系统用户空间；

所述中断管理层负责接收并拦截计算机运行中发生的各类中断，并对这些中断按照要求传递给实时内核或通用操作系统内核；

所述实时内核负责处理实时任务，即一旦接收到中断管理层传递的中断信号，应立即抢占系统资源，优先进行处理实时内核中的任务；并实现与通用操作系统用户空间之间的数据交换；

所述通用操作系统内核指现有的供一般使用的操作系统内核，接收所述中断管理层发送的中断信号并进行相应处理工作；

所述通用操作系统用户空间是与所述通用操作系统内核相匹配的用户空间环境，负责提供执行一般应用程序的环境。

进一步地，所述实时内核包括算法模块、EtherCAT主站模块和进程间通信模块；

所述算法模块负责完成控制算法，即对获取到的外部传感器信号进行运算后输出符合一定机械结构和控制规律的执行器件命令数据；

所述EtherCAT主站模块开放一些接收和发送数据的编程接口，当这些编程接口被调用时，按照EtherCAT规范将欲接收或发送的数据进行解码或编码，然后通过以太网适配器，经过网络线缆与EtherCAT从站实现通信；

所述进程间通信模块至少应实现实时内核与通用操作系统用户空间之间的数据交换。

进一步地，所述实时内核还包括硬件抽象层、中断处理层、调度器；

所述硬件抽象层负责将不同硬件架构在软件层面抽象为统一形式；