机器人控制系统及控制方法技术方案

本申请提供一种机器人控制系统及控制方法，应用于多核处理器，多核处理器至少包括第一核处理器和第二核处理器，第一核处理器用于运行机器人控制系统的非实时控制子系统，并由非实时控制子系统产生任务源数据，以及将任务源数据发送至第二核处理器，第二核处理器用于运行实时控制子系统，并在接收任务源数据后，由实时控制子系统生成消息数据包并执行基于消息机制的任务处理，由于消息数据传输时间的可预测，消息站处理模块执行时间的可预测，因此具有快速、无延迟，无外部中断中止当前操作的优点，提升了数据传输速度和频率，从而避免了机器人移动底盘的移动控制和/或机械臂动作控制的延迟。控制的延迟。控制的延迟。

【技术实现步骤摘要】
机器人控制系统及控制方法


[0001]本申请涉及机器人控制系统
，具体涉及一种机器人控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]移动操作复合机器人在控制器的作用下，实现底盘的移动控制以及机械臂的动作控制。
[0003]目前机器人控制器基于工控计算机平台上运行的机器人操作系统以及运动控制单元，完成对移动底盘的移动控制和/或机械臂的动作控制。一般情况机器人操作系统为非实时系统，运动控制单元接收来自非实时系统的控制指令完成对机器人的控制，但这种操作系统的非实时特性，以及与运动控制单元之间进行数据交换极可能产生延迟现象，从而引起机器人动作响应慢、控制性能变差，给机器人的运行性能、运行安全带来不利影响。尤其在一些高精度、高速操作应用场景下，完全不能满足要求。
[0004]因此，需要一种基于工控计算机新的机器人控制方案。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本说明书实施例提供一种机器人控制系统及控制方法，控制系统采用以工控计算机和运动控制器为主要架构实现机器人的实时操作过程。
[0006]本说明书实施例提供以下技术方案：本说明书实施例提供一种机器人控制系统，应用于多核处理器，所述多核处理器至少包括第一核处理器和第二核处理器，所述机器人控制系统包括实时控制子系统和非实时控制子系统；其中，所述第一核处理器用于运行所述非实时控制子系统，并由所述非实时控制子系统产生任务源数据，以及将所述任务源数据发送至第二核处理器；所述第二核处理器用于运行所述实时控制子系统，并在接收所述任务源数据后，由所述实时控制子系统生成消息数据包并执行基于消息机制的任务处理，其中所述实时控制子系统包括任务控制模块、功能/任务模块、消息生成模块、实时调度器、调度定时器、消息收发模块、若干消息站处理模块，每个消息站处理模块包括入口和出口，首个消息站处理模块的入口和最后一个消息站处理模块的出口各自与消息收发模块连接，以及所述若干消息站处理模块依次串联连接，以形成环路；所述实时控制子系统生成消息数据包并执行基于消息机制的任务处理包括：任务控制模块接收所述任务源数据后，将所述任务源数据向消息生成模块发送；消息生成模块按预设的数据格式将所述任务源数据生成消息数据包，并在实时调度器和调度定时器的作用下，将消息数据包向消息收发模块传输；消息收发模块根据当前消息数据包操作状态，将消息数据包依次进行消息数据队列排序并入栈后自动向所述若干消息站处理模块分发消息数据包；
每个消息站处理模块用于从入口输入消息数据包，并判断消息数据包中是否具有预设的匹配消息数据，若否则不对消息数据包处理并将消息数据包从出口输出；若是则读取消息数据包中的数据并将待更新数据写入到该消息数据包的相应位置形成新消息数据包，以及将新消息数据包从出口输出，或者若是则在确定调用功能/任务模块后将功能/任务模块产生的新数据写入该消息数据包的相应位置形成新消息数据包，以及将新消息数据包从出口输出。
[0007]本说明书实施例还提供一种机器人控制方法，采用如上述任一项技术方案中的机器人控制系统，所述机器人控制方法包括：实时控制子系统接收机器人各任务源数据；其中任务源数据包括非实时控制子系统产生的数据；按照预设的数据格式将所述任务源数据生成消息数据包，并将所述消息数据包按顺序持续分发；消息数据包按顺序依次经过每个消息站处理模块，从每个消息站处理模块的入口输入消息数据包，并判断消息数据包中是否具有预设的匹配消息数据，若否则不对消息数据包处理并将消息数据包从出口输出；若是则读取消息数据包中的数据并将待更新数据写入到该消息数据包的相应位置形成新消息数据包，以及将新消息数据包从出口输出，或者若是则在确定调用功能/任务模块后将功能/任务模块产生的新数据写入该消息数据包的相应位置形成新消息数据包，以及将新消息数据包从出口输出；其中每个消息站处理模块包括入口和出口，首个消息站处理模块的入口和最后一个消息站处理模块的出口各自与消息收发模块连接，以及所述若干消息站处理模块依次串联连接，以形成环路。
[0008]与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：控制系统基于消息传输机制及任务处理机制实现消息数据包连续传输及处理，各消息站处理模块的执行时间为确定的等时间间隔，相互之间不存在延时。由于消息数据传输时间的可预测，消息站处理模块执行时间的可预测，因此本说明书实施例具有快速、无延时及时间传输的确定性，并且无外部任务中断处理等特点，结合多核CPU的功能划分为实时部分和非实时部分，实现了快速的数据传输、数据处理及实时控制功能，相对比现有技术中采用优先级消息中断处理机制，避免了机器人控制器控制机器人移动底盘的移动控制和/或机械臂动作控制的非实时性及延迟，保证了机器人实时运动部分的实时动作控制。
[0009]设计多核处理器，一部分被配置为运行非实时控制子系统的非实时CPU，另一部分被配置为运行实时控制子系统的实时CPU，多核处理器对应的工控PC与运动控制器之间采用PCIe总线的双端口RAM进行数据交互，控制系统采用工控计算机和实时运动控制器为主要架构实现机器人的实时操作过程。
附图说明
[0010]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0011]图1是本申请中的一种机器人控制系统整体架构图；
图2是本申请中的一种机器人控制过程中基于消息机制的实时任务处理示意图；图3是本申请中的一种机器人控制过程中消息站处理模块及消息数据流的示意图；图4是本申请中一种机器人控制方法的流程图。
具体实施方式
[0012]下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
[0013]以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0014]要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人控制系统，其特征在于，应用于多核处理器，所述多核处理器至少包括第一核处理器和第二核处理器，所述机器人控制系统包括实时控制子系统和非实时控制子系统；其中，所述第一核处理器用于运行所述非实时控制子系统，并由所述非实时控制子系统产生任务源数据，以及将所述任务源数据发送至第二核处理器；所述第二核处理器用于运行所述实时控制子系统，并在接收所述任务源数据后，由所述实时控制子系统生成消息数据包并执行基于消息机制的任务处理，其中所述实时控制子系统包括任务控制模块、功能/任务模块、消息生成模块、实时调度器、调度定时器、消息收发模块、若干消息站处理模块，每个消息站处理模块包括入口和出口，首个消息站处理模块的入口和最后一个消息站处理模块的出口各自与消息收发模块连接，以及所述若干消息站处理模块依次串联连接，以形成环路；所述实时控制子系统生成消息数据包并执行基于消息机制的任务处理包括：任务控制模块接收所述任务源数据后，将所述任务源数据向消息生成模块发送；消息生成模块按预设的数据格式将所述任务源数据生成为消息数据包，并在实时调度器和调度定时器的作用下，将消息数据包向消息收发模块传输；消息收发模块根据当前消息数据包操作状态，将消息数据包依次进行消息数据队列排序并入栈后自动向所述若干消息站处理模块分发消息数据包；每个消息站处理模块用于从入口输入消息数据包，并判断消息数据包中是否具有预设的匹配消息数据，若否则不对消息数据包处理并将消息数据包从出口输出；若是则读取消息数据包中的数据并将待更新数据写入到该消息数据包的相应位置形成新消息数据包，以及将新消息数据包从出口输出，或者若是则在确定调用功能/任务模块后将功能/任务模块产生的新数据写入该消息数据包的相应位置形成新消息数据包，以及将新消息数据包从出口输出。2.根据权利要求1所述的机器人控制系统，其特征在于，所述多核处理器与实时运动控制器采用PCIe总线的双端口RAM进行数据交互，双端口RAM实现工控计算机和实时运动控制器系统之间快速无延迟的数据交互。3.根据权利要求2所述的机器人控制系统，其特征在于，实时运动控制器包括ARM运动控制器，ARM运动控制器通过以太网通信或EtherCat通信与机器人相关末端设备进行通信、数据采集及执行控制。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建政，董易，韦鲲，邹金沛，李方保，
申请(专利权)人：上海飒智智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：