嵌入式自动机械控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种嵌入式自动机械控制系统，尤其涉及一种具有高度可扩展的分布式控制模式的嵌入式自动机械控制系统。本发明专利技术的一个方面为一种嵌入式自动机械控制系统。根据本发明专利技术的实施方式，该嵌入式自动机械控制系统，其控制：多个自动机械仪表，所述自动机械仪表包括电机和传感器；以及自动机械，所述自动机械与所述多个自动机械仪表连接。所述嵌入式自动机械控制系统包括：主控制器，其安装在所述自动机械上并用于控制所述自动机械仪表的电机和传感器；和从控制器，其与所述自动机械或所述自动机械仪表连接并安装在其它自动机械上，并且从所述主控制器接收所述电机和传感器的控制信号并控制所述电机和传感器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种嵌入式自动机械控制系统，更具体地涉及一种分布式控制类型的 嵌入式自动机械控制系统。
技术介绍
图1示出了一种现有自动机械控制系统。参见图1，现有自动机械控制系统包括一个单元的外部中央控制装置1、外部 DSP (数字信号处理器)控制器2、和教学操作装置9，其中外部DSP控制器2安装在多个自 动机械3、4、5和6的每一个上，教学操作装置9连接至每个外部DSP控制器2。外部中央控制装置1通过各对应的外部DSP控制器2连接至多个自动机械3、4、5、 和6，并控制多个自动机械3、4、5和6。当从外部中央控制装置1接收到用于自动机械操作的控制信号，或者在教学操作 器9输入指令时，外部DSP控制器2执行与各自动机械3、4、5和6相关的运算并控制所述 自动机械。DSP控制器2进行用于各自动机械3、4、5和6操作的大量运算，并因此被独立于外 部中央控制装置1安装。此外，为了连接至外部中央控制装置1，各外部DSP控制器2要求大量较复杂的电 路7和8。教学操作器9通过外部DSP控制器2连接至各自动机械3、4、5和6，并接收用于自 动机械操作的指令。该现有自动机械控制系统需要独立的电子电路来控制自动机械，不可避免地增加 了控制器的尺寸，并且因此必需使用多个控制器来控制数个自动机械。这样，不可能将外部 中央控制装置1或外部DSP控制器2安装在自动机械3、4、5和6上。而且，外部中央控制装置1、外部DSP控制器2和自动机械3、4、5和6之间的信号 通信所需的大量电缆常常导致自动控制系统故障，妨碍自动机械操作。技术问题为解决上述问题，本专利技术提供一种具有分布在各自动机械设备内的内部控制器的 嵌入式自动机械控制系统。
技术实现思路
本专利技术的一个方面为一种嵌入式自动机械控制系统。根据本专利技术的实施方式，该 嵌入式自动机械控制系统，其控制多个自动机械仪表，所述自动机械仪表包括电机和传感 器；以及自动机械，所述自动机械与所述多个自动机械仪表连接。所述嵌入式自动机械控制 系统包括主控制器，其安装在所述自动机械上并用于控制所述自动机械仪表的电机和传 感器；和从控制器，其与所述自动机械或所述自动机械仪表连接并安装在其它自动机械上， 并且从所述主控制器接收所述电机和传感器的控制信号并控制所述电机和传感器。技术效果通过引入基于FPGA的主控制器，以及通过为从自动机械分布的各自动机械仪表 安装基于FPGA的从控制器而包含串联网络，本专利技术的嵌入式自动机械控制系统可大大降 低电缆的数量，解决狭窄安装空间的问题并且克服自动机械操作的限制。而且，本专利技术嵌入式自动机械控制系统的串联网络可以实时通信并且在所述网络 断开时对自身自动重置。还有，本专利技术嵌入式自动机械控制系统具有与串联自动机械、并联自动机械和正 交自动机械对应的逻辑，并且允许选择相应的逻辑，使得可以进行操作控制而与自动机械 的类型无关。附图说明图1为现有自动机械控制系统的简图。图2为根据本专利技术实施方式的嵌入式自动机械控制系统的简图。图3为第一自动机械和第二自动机械的布置图，所述自动机械中装有图2的实施 方式的控制系统。图4为示出图3所示元件之间的网络连接关系的简图。主要元件的说明100 主控制器110，111，112 :FPGA 元件120 元件扩展区130:应用编程接口140 应用模块150 主网络模块200 260 从控制器205，215，225，235，245，255，265 从属网络模块300:电缆具体实施例方式因为可能有本专利技术的各种变换方式和实施方式，将根据附图对某些实施方式进行 阐述和描述。然而，这并非将本专利技术限于某些实施方式，而应被认为包括被本专利技术的精神和 范围覆盖的所有的变换方式、等价方式和替代方式。在下文中，根据附图对一些实施方式作详细描述。相同或相应的元件给予相同的 附图标记，而不管图号为何，并且对相同或相应元件不作赘述。图2示出了根据本专利技术实施方式的嵌入式自动机械控制系统的简图。参见图2，本专利技术的嵌入式自动机械控制系统包括主控制器100和多个与主控制 器100连成网络的从控制器200-260。主控制器100包括FPGA(现场可编程门列阵)、主处理器(M)、主网络模块150、输 入/输出模块150、应用编程接口 130和应用模块140，并且处理多个自动机械仪表的多种 操作控制和多种传感器控制。通过一 PFGA指示数字控制的范围，主控制器100使得本专利技术的控制器可以较小并 且电耗较低。因为控制器包括大量半导体器件，控制器的尺寸以及控制器的电耗与半导体器件 的数量成比例。本专利技术通过允许FPGA处理自动机械控制所需的全部数字处理来减少半导 体器件的数量，从而减小安装在自动机械仪表中的控制器的尺寸。主控制器100使用诸如实时操作系统RT-Linux、uC0S或xilkernel之类的轻内核 (light kernel)来处理多种操作控制和多种传感器控制。FPGA元件110、111和112由软处理器(soft processor)和存储器或专用硬件逻 辑(dedicated hardware logic)构成，并计算用于自动机械或自动机械仪表控制的操作规 划。在此处，FPGA元件指由一个FPGA处理的功能元件。在此处，FPGA元件110、111和112可以通过例如使用元件扩展区120的方法或由 SRAM(未示出)在LUT(检查表)中形成逻辑的方法扩展至几十或几百个元件。因此，本发 明不限制FPGA元件110、111和112的数量，其数量可以根据自动机械的数量、构造、类型和 /或处理速度进行扩展或选择。FPGA元件110、111和112可以容易地设计和/或改变逻辑，相对较小的，并生成较 少的热量。而且，FPGA元件110、111和112不是过去在DSP(数值信号处理器)多任务操 作或PC (个人计算机)中常见的存储器资源或CPU资源密集型，并且耗电较低。FPGA元件110、111和112包括用于多个自动机械实时控制的轨迹生成模块(下文 称作“TG”)和自动机械运动模块(下文称作“冊”)。FPGA元件110、111和112可以根据所需的TG和RM处理速度改变TG和RM的数 量，并由此可以有效地使用自动机械控制系统的资源。TG生成各自动机械刀具坐标系或各自动机械基座坐标系在工作空间内的、基于时 间的空间运动轨迹。TG还可使自动机械刀具坐标系或自动机械底座坐标系旋转(移动)，以实时响应 诸如传感器之类的外部事件。RM利用刀具支架坐标系和自动机械的仪表参数(例如，DH参数)计算包含在自动 机械内的电机工作位置。在此处，根据自动机械类型，刀具支架坐标系和仪表参数与由TG 得到自动机械刀具坐标系和自动机械底座坐标系一起确定。RM还利用自动机械的各链接件的相同性质参数(例如，摩擦力和惯性)、重力方向 和施加于自动机械的外力来计算各关节所需的扭矩。RM将计算出的工作位置中的目标位置和计算出的电机扭矩中的目标扭矩经网络 发送至各电机驱动装置。在此处，目标位置和目标扭矩用于各电机的前馈控制。RM还能根据包含在自动机械中的电机的工作位置计算当前工作空间上的坐标系。主处理器(M)连接至各FPGA元件110、111和112，并且根据自动机械仪表的操作 规划生成用于操作电机和多个传感器的控制信号。主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式自动机械控制系统，其用于控制多个自动机械仪表、以及自动机械，所述自动机械仪表包括电机和传感器，所述自动机械与所述多个自动机械仪表连接，所述嵌入式自动机械控制系统包括：主控制器，其安装在所述自动机械上并用于控制所述自动机械仪表的电机和传感器；和从控制器，其与所述自动机械或所述自动机械仪表连接并安装在其它自动机械上，并且用于从所述主控制器接收所述电机和传感器的控制信号并控制所述电机和传感器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2007-11-14 10-2007-0115824一种嵌入式自动机械控制系统，其用于控制多个自动机械仪表、以及自动机械，所述自动机械仪表包括电机和传感器，所述自动机械与所述多个自动机械仪表连接，所述嵌入式自动机械控制系统包括主控制器，其安装在所述自动机械上并用于控制所述自动机械仪表的电机和传感器；和从控制器，其与所述自动机械或所述自动机械仪表连接并安装在其它自动机械上，并且用于从所述主控制器接收所述电机和传感器的控制信号并控制所述电机和传感器。2.如权利要求1所述的嵌入式自动机械控制系统，其中所述主控制器还包括FPGA(现场可编程门列阵)元件，其用于计算用于所述其它自动机械或所述自动机械 仪表控制的操作规划；主处理器，其用于根据所述操作规划生成用于操作所述电机和传感器的控制信号； 主输入/输出端，其用于将信号输入至所述传感器并从所述传感器输出信号；以及 主网络模块，其用于输出所述控制信号。3.如权利要求2所述的嵌入式自动机械控制系统，其中所述主控...

【专利技术属性】
技术研发人员：河英列，崔诚训，金玟秀，禹甲柱，
申请(专利权)人：三星重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]