一種模塊化可重構運動控制器的構建方法
2023-06-18 06:50:51 1
一種模塊化可重構運動控制器的構建方法
【專利摘要】一種模塊化可重構運動控制器的構建方法，第一步：分模塊設計運動控制器硬體接口；第二步：構建運動控制器功能固件架構；第三步：設計運動控制器功能固件；第四步：重構運動控制器，①設計一個管理框架1，用於對各功能模塊框架2和管理框架硬體接口驅動4調用與數據信息管理，以及完成各功能模塊框架2之間的數據信息交互；②設計管理框架硬體接口驅動4，完成對管理框架硬體接口6的驅動；③通過管理框架1對管理框架硬體接口驅動4和多個功能模塊框架2調用，以及完成對多個功能模塊框架2和管理框架硬體接口驅動4執行順序的規劃，實現運動控制器的重構。採用本方法構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】一種模塊化可重構運動控制器的構建方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及自動化和先進位造領域，具體涉及一種模塊化可重構運動控制器的構
建方法。
【背景技術】
[0002]運動控制器是數控工具機、機器人等一類機電一體化設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晶片作為核心處理器的運動控制器，發展到基於PC總線、現場總線和工業乙太網等的以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，國內固高公司系列控制器。
[0003]但是，目前這些控制器的固件與硬體聯繫緊密，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，實現運動控制器重構，這限制了運動控制器的應用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的旨在提供一種模塊化可重構運動控制器的構建方法，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和管理框架硬體接口驅動4調用，以及完成對多個功能模塊框架2和管理框架硬體接口驅動4執行順序的規劃，實現運動控制器的重構。
[0005]為實現上述目標，本發明所採用的技術方案步驟如下:
[0006]第一步:分模塊設計運動控制器硬體接口
[0007]根據運動控制器控制功能需求，採用模塊化設計完成對運動控制器硬體接口的設計；
[0008]第二步:構建運動控制器功能固件架構
[0009]根據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和功能模塊硬體接口驅動5，並功能模塊框架2和功能模塊3連接，功能模塊框架2和功能模塊硬體接口驅動5連接，功能模塊硬體接口驅動5和功能模塊硬體接口 7連接；
[0010]第三步:設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同完成功能模塊3功能的子功能模塊；
[0012]②設計功能模塊硬體接口驅動5，完成對功能模塊硬體接口 7的驅動；
[0013]③設計用於對功能模塊硬體接口驅動5和功能模塊3中的多個子功能模塊調用和數據信息管理的功能模塊框架2，並定義功能模塊框架2與功能模塊硬體接口驅動5和功能模塊3內部多個子功能模塊的數據信息接口，以及在功能模塊框架2規劃功能模塊硬體接口驅動5和功能模塊3內部多個子功能模塊的執行順序；
[0014]第四步:重構運動控制器
[0015]①設計一個管理框架I，用於對各功能模塊框架2和管理框架硬體接口驅動4調用與數據信息管理，以及完成各功能模塊框架2之間的數據信息交互；
[0016]②設計管理框架硬體接口驅動4，完成對管理框架硬體接口 6的驅動；
[0017]③通過管理框架I對多個功能模塊框架2和管理框架硬體接口驅動4調用，以及完成對多個功能模塊框架2和管理框架硬體接口驅動4執行順序的規劃，實現運動控制器的重構。
[0018]所述的第一步中的運動控制器硬體接口主要包括管理框架硬體接口 6和功能模塊硬體接口 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體接口驅動5進行數據信息交互。
[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體接口驅動5，都可以根據運動控制器控制功能的需求進行增力卩、裁剪和修改。
[0021]本發明的特點和有益效果在於:
[0022](I)採用管理框架對多個功能模塊框架和管理框架硬體接口驅動進行調用與數據信息管理，以及功能模塊框架對功能模塊硬體接口驅動和功能模塊中多個子功能模塊進行調用與數據信息管理，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體接口驅動，可根據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)所述方法構建的運動控制器，固件與硬體分開，功能模塊中子功能模塊彼此獨立且不直接與功能模塊硬體接口驅動進行數據信息交互，因此通過更改功能模塊硬體接口驅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於數控系統和機器人系統，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為本發明的運動控制器構建方法流程圖。
[0026]圖2為本發明的一種模塊化可重構運動控制器框圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖1到圖2對本發明作進一步的說明:
[0028]如圖1所示的運動控制器構建方法流程圖和圖2所示的一種模塊化可重構運動控制器框圖，可以根據工業被控設備的實際情況對控制器按照構建方法進行重構，本發明的具體實施例如下:
[0029]第一步:分模塊設計運動控制器硬體接口。根據運動控制器控制功能需求，採用模塊化設計完成對運動控制器硬體接口的設計；所述的硬體接口包括管理框架硬體接口 6和功能模塊硬體接口 7 ;實際工業應用中管理框架硬體接口 6主要提供完成運動控制器通信功能的硬體接口如太網接口、RS232接口、USB接口和CAN總線接口 ；功能模塊硬體接口 7主要提供完成運動控制器控制功能所需的硬體接口，如傳感器:旋轉編碼器接口、光柵傳感器接口，I/O接口，以及與控制下層執行器的硬體接口等。
[0030]第二步:構建運動控制器功能固件架構。根據實際情況下運動控制器控制功能需求，將所構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和功能模塊硬體接口驅動5 ;功能模塊框架2和功能模塊3連接，功能模塊框架2和功能模塊硬體接口驅動5連接，功能模塊硬體接口驅動5和功能模塊硬體接口 7連接。根據實際需要構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，測量系統框架，擴展功能框
力口坐坐木寸寸。
[0031]第三步:設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同完成功能模塊3功能的子功能模塊。例如設計數控工具機或機器人的運動控制器功能模塊3主要包括軌跡預處理功能模塊、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監控功能模塊等單一功能模塊，這些功能模塊都可以根據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對幾個子模塊的調度協同完成功能模塊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的數據信息接口的情況下，重新設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體接口驅動5進行數據信息交互。
[0033]②設計功能模塊硬體接口驅動5，完成對應功能模塊硬體接口 7 (例如常用傳感器接口，控制運動部件的接口等等)，的驅動；所述的功能模塊硬體接口驅動5用於驅動對應的功能模塊硬體接口 7以及獲取和處理功能模塊硬體接口 7信息，並將處理結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體接口 7信息的子功能模塊；所述的功能模塊硬體接口驅動5，每個功能模塊硬體接口驅動5還用於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據信息，將處理結果送入對應的功能模塊硬體接口 7。
[0034]③設計用於對功能模塊硬體接口驅動5和功能模塊3中的多個子功能模塊調用和數據信息管理的功能模塊框架2，並定義功能模塊框架2與功能模塊硬體接口驅動5和功能模塊3內部多個子功能模塊的數據信息接口，以及在功能模塊框架2規劃功能模塊硬體接口驅動5和功能模塊3內部多個子功能模塊的執行順序。
[0035]第四步:重構運動控制器
[0036]①設計一個整個運動控制的管理框架1，用於對各功能模塊框架2和管理框架硬體接口驅動4調用與數據信息管理，以及完成各功能模塊框架2之間的數據信息交互；所述的管理框架I需要定義功能模塊框架2與管理框架硬體接口驅動4的數據信息接口，並開闢一個存儲區，用於對功能模塊框架2和管理框架硬體接口驅動4的數據信息進行存儲。例如在數控系統中，管理框架硬體接口驅動4為對數控系統中軸管理框架硬體接口驅動；在對機器人控制中管理框架硬體接口驅動4為對機器人的機器人臂管理框架硬體接口驅動；其可根據實際設備來定義。
[0037]②設計管理框架硬體接口驅動4，完成對管理框架硬體接口 6的驅動；所述的管理框架硬體接口驅動4，用於獲取和處理管理框架硬體接口 6信息，將處理結果送入管理框架I ;所述的管理框架硬體接口驅動4還用於接收和處理管理框架I傳送的數據信息，將處理結果送入管理框架硬體接口 6。例如管理框架硬體接口 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對管理框架硬體接口驅動4和多個功能模塊框架2調用，以及完成對多個功能模塊框架2和管理框架硬體接口驅動4執行順序的規劃，進而完成對整個運動控制器的重構。
[0039]上述步驟三所述的多個功能模塊框架2、多個功能模塊硬體接口驅動5和多個功能模塊3中的多個子功能模塊，都可以根據運動控制器控制功能的需求進行增加、裁剪和修改。
[0040]採用本發明的一種模塊化可重構運動控制器的構建方法構建的運動控制器，具有很好的互操作性、可移植性、可縮放性和可互換性。通過本發明用戶可以根據需要，簡便、快速、可靠地重構運動控制器，減少開發、維護、升級成本和時間。
[0041]最後說明的是本發明的一種模塊化可重構運動控制器的構建方法不局限於上述實施例，還可以做出各種修改、變換和變形。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。凡是依據本發明的技術方案進行修改、修飾或等同變化，而不脫離本發明技術方案的思想和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種模塊化可重構運動控制器的構建方法，其特徵在於，至少包括如下步驟: 第一步:分模塊設計運動控制器硬體接口 根據運動控制器控制功能需求，採用模塊化設計完成對運動控制器硬體接口的設計； 第二步:構建運動控制器功能固件架構 根據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)和功能模塊硬體接口驅動(5)，並連接功能模塊框架(2)和功能模塊(3)，連接功能模塊框架(2)和功能模塊硬體接口驅動(5)，以及連接功能模塊硬體接口驅動(5)和功能模塊硬體接口⑵； 第三步:設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同完成功能模塊(3)功能的子功能模塊； ②設計功能模塊硬體接口驅動(5)，完成對功能模塊硬體接口(7)的驅動； ③設計用於對功能模塊硬體接口驅動(5)和功能模塊(3)中的多個子功能模塊調用和數據信息管理的功能模塊框架(2)，並定義功能模塊框架(2)與功能模塊硬體接口驅動(5)和功能模塊(3)內部多個子功能模塊的數據信息接口，以及在功能模塊框架(2)規劃功能模塊硬體接口驅動(5)和功能模塊(3)內部多個子功能模塊的執行順序； 第四步:重構運動控制器 ①設計一個管理框架(I)，用於對各功能模塊框架(2)和管理框架硬體接口驅動(4)調用與數據信息管理，以及完成各功能模塊框架(2)之間的數據信息交互； ②設計管理框架硬體接口驅動(4)，完成對管理框架硬體接口(6)的驅動； ③通過管理框架(I)對多個功能模塊框架(2)和管理框架硬體接口驅動(4)調用，以及完成對多個功能模塊框架(2)和管理框架硬體接口驅動(4)執行順序的規劃，實現運動控制器的重構。
2.根據權利I所述的模塊化可重構運動控制器的構建方法，其特徵在於所述的第一步中的運動控制器硬體接口主要包括管理框架硬體接口(6)和功能模塊硬體接口(7)。
3.根據權利I所述的模塊化可重構運動控制器的構建方法，其特徵在於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體接口驅動(5)，都可以根據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 優先權日:2013年12月23日
【發明者】潘海鴻, 陳琳, 黃炳瓊 申請人:廣西大學