专利名称：人机界面运动控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种人机界面运动控制器，特别是指一种人机界面运动控制器。
背景技术：
精密伺服系统多应用于多轴运动控制系统，如工业机器人、工具机、电子零件组装系统、PCB自动外挂程式机、PCB钻孔机等等。工作物件的位置控制可通过平台的移动来达成，平台位置的侦测有两种方式，一种是通过伺服马达本身所安装的光电编码器，由于是以间接的方式回授工作物件的位置， 再通过闭回路控制达到位置控制的目的，因此也称之为间接位置控制(indirect position control)。另一种方式是直接将位置感测元件安装在平台上，如光学尺、雷射位置感测计等等，直接回授工作物件的位置，再通过闭回路控制达到位置控制的目的，称之为直接位置控制(direct position control)。一个多轴运动控制系统由高阶的运动控制器(motion controller)与低阶的伺服驱动器(servo drive)所组成，运动控制器负责运动控制命令解码、各个位置控制轴彼此间的相对运动、加减速轮廓控制等等，其主要关键在于降低整体系统运动控制的路径误差；伺服驱动器负责伺服马达的位置控制，主要关键在于降低伺服轴的追随误差。一个双轴运动控制系统在一般的情况下X轴与Y轴的动态响应特性会有相当大的差异，在高速轮廓控制时(contouring control)，会造成显着的误差，因此必须设计一个控制器以整体考量的观点解决此一问题。
发明内容本实用新型的目的即在于提供一种人机界面运动控制器，其提供多工分层负责的完成一个伺服系统中所需要的位置、速度、加速度控制。本实用新型的次一目的在于提供一种运动控制系统，需要做快速响应及复杂的浮点数运算，因此要高性能及高可靠度的人机界面运动控制器。本实用新型的另一目的在于提供一种具备人机界面运动控制器的扩充性，且有高速运算能力，并具备有运动控制的多工处理器与人机界面运动控制器。本实用新型的又一目的在于提供一种运动控制的多工处理器，运用于各种需轴控功能的人机界面系统上，可提升系统的效能表现，提高可靠度的人机界面运动控制器。可达成上述目的，本实用新型提供一种人机介面界面运动控制器，为致动器提供受控体的动力，并由该控制器控制致动器的转速或扭矩或位置，其特征在于，所述控制器具有一显示单元与多个核心，所述核心至少包括第一核心，嵌入有第一中央处理单元与第二中央处理单元以同时处理快速响应及浮点运算；第二核心，嵌入有运动控制单元，该运动控制单元负责运动控制命令的解码、所述受控体各个位置控制轴彼此间的相对运动、加减速轮廓时序控制；[0013]第三核心，嵌入有人机处理单元以提供使用者与所述控制器的互动。实施时，所述控制器能控制所述致动器的导通时间，以精准的周期对周期限流提供工作周期和提高致动器瞬变响应，使所述受控体在多个周期内恢复操作。实施时，所述运动控制单元接收运动控制命令并解码，所述运动控制单元通过所述致动器连接所述受控体做实体控制。实施时，所述人机处理单元以提供所述使用者与所述控制器的互动，所述互动为由所述显示单元输入输出指令，输入指令指的是由使用者经由所述显示单元来进行所述受控体的操作，而输出指令指的是由所述控制器通过所述显示单元发出来的通知或提示。
图1为本实用新型人机界面运动控制器应用于机械工作平台的实施示意图；图2为所述人机界面运动控制器应用于机械手臂的实施示意图；图3为所述人机界面运动控制器的系统架构示意图。附图标记说明1-致动器；2-受控体；3-控制器；31-第一核心；311-第一中央处理单元；312-第二中央处理单元；32-第二核心；321-运动控制单元；33-第三核心； 331-人机处理单元；4-显示单元。
具体实施方式
请参阅图1，本实用新型所提供的人机界面运动控制器，主要包括有为致动器 1 (actuator)提供受控体2 (plant)的动力，并由控制器3 (controller)控制致动器1的转速或扭矩或位置，所述控制器3具有一显示单元4与多核心，至少包括第一核心31，嵌入有第一中央处理单元311与第二中央处理单元312以同时处理快速响应(quick response)及复杂的浮点运算(floating point arithmetic)。第二核心32，嵌入运动控制单元321负责运动控制命令(control command)解码、 受控体2各个位置控制轴彼此间的相对运动、加减速轮廓等时序控制；其中所述运动控制单元321接收运动控制命令并解码，并通过致动器1连接受控体2做实体控制。第三核心33，嵌入人机处理单元331以提供使用者(User)与控制器3的互动 (Interaction)；其中所述人机处理单元331以提供使用者经由显示单元4与控制器3的互动，所述互动为由显示单元4输入输出指令(input/output instruction)，输入指令指的是由使用者经由显示单元4来进行受控体2的操作，而输出指令指的是由控制器3由显示单元4发出来的通知或提示。一个伺服系统的构成通常包含受控体2、致动器1、传感器、控制器3等几个部分所构成。所述受控体2指被控制的物件，例如一个机械工作平台(如图1所示)，或是一个机械手臂(如图2所示)。如图3所示，所述致动器1的功能在于主要提供受控体2的动力，可能以气压、油压、或是电力驱动的方式呈现，若是采用油压驱动方式，则为油压伺服系统；目前伺服系统采用电力驱动方式，致动器1包含了马达与功率放大器，例如应用于伺服系统的伺服马达 (servo motor)，其装置内含位置回授装置，如光电编码器(optical encoder)或是解角器(resolver)；受控体2以伺服马达为例，其控制器3通常包含速度控制器与扭矩控制器，伺服马达通常提供类比式的速度回授信号，控制界面采用类比讯号，经由外回路的类比命令，可直接控制伺服马达的转速或扭矩。采用这种伺服受控体2，通常必须再加上一个位置控制器 (position controller)，才能完成位置控制。另，伺服马达提供解析度的光电编码器回授信号。控制器3能控制致动器1的导通时间，以精准的周期对周期限流提供非常低的工作周期和提高致动器1快速的瞬变响应，使所述受控体2在数个周期内恢复操作。控制器 3的功能在于提供整个受控体2的控制，如扭矩控制、速度控制、与位置控制等。所述人机处理单元331为提供显示单元4与第一核心31的运算；而显示单元4包含备操作界面、视觉相关操作及显示界面、档案及资料库界面、设备资讯显示界面、参数输入界面及机台管理/维护/校正等界面，上述各界面透过同步机制进行沟通，并用来整合如操作、资讯蒐集与监控。显示单元4为致动器1与使用者互动的界面；所述显示单元4进而包括具有图形对话输入程式的功能，辅助修改与编辑加工程式，并读取接使用者所下达的参数指令与传达讯息的处理；而所述第一核心31为资料运算的核心，所述第一中央处理单元311专门处理即时控制的程序，并将人机处理单元331处理的结果交由第二中央处理单元312进行同步即时处理；所述第二中央处理单元312为用以即时控制程序并将程序连续施以均化分割插值运算，而均化分割值运算为将第一核心31的运算程序进行极小取样周期的均分，以达到更平滑的控制目的。随着网路通讯技术的进步，采用即时网路通讯技术的伺服系统也随之发展，利用 SERCOS即时通讯网路技术(real-time network comunication)所发展的网路控制分散式伺服系统，目前已有多种采用不同通讯协定的分散式运动控制系统，如SERC0S、Real-Time Ethernet,Real-Time CAN bus。本发明人机界面运动控制器3应用高速网路技术于分散式伺服系统有许多优点，诸如更灵活的系统应用、更佳的系统整合控制效果。
权利要求1.一种人机界面运动控制器，为致动器提供受控体的动力，并由该控制器控制致动器的转速或扭矩或位置，其特征在于，所述控制器具有一显示单元与多个核心，所述核心至少包括第一核心，嵌入有第一中央处理单元与第二中央处理单元以同时处理快速响应及浮点运算；第二核心，嵌入有运动控制单元，该运动控制单元负责运动控制命令的解码、所述受控体各个位置控制轴彼此间的相对运动、加减速轮廓时序控制；第三核心，嵌入有人机处理单元以提供使用者与所述控制器的互动。
2.如权利要求1所述的人机界面运动控制器，其特征在于，所述控制器能控制所述致动器的导通时间，以精准的周期对周期限流提供工作周期和提高致动器瞬变响应，使所述受控体在多个周期内恢复操作。
3.如权利要求1所述的人机界面运动控制器，其特征在于，所述运动控制单元接收所述运动控制命令并解码，所述运动控制单元通过所述致动器连接所述受控体做实体控制。
4.如权利要求1所述的人机界面运动控制器，其特征在于，所述人机处理单元以提供所述使用者与所述控制器的互动，所述互动为由所述显示单元输入输出指令，输入指令指的是由使用者经由所述显示单元来进行所述受控体的操作，而输出指令指的是由所述控制器通过所述显示单元发出来的通知或提示。
专利摘要一种人机界面运动控制器，为致动器提供受控体的动力，并由控制器控制致动器的转速或扭矩或位置，所述控制器具有多核心，至少包括第一核心嵌入有第一中央处理单元与第二中央处理单元以同时处理快速响应及浮点运算；第二核心嵌入有运动控制单元负责运动控制命令解码、受控体各个位置控制轴彼此间的相对运动、加减速轮廓等时序控制；第三核心嵌入有人机处理单元以提供使用者与控制器的互动，使第一核心、第二核心及第三核心同时执行多工处理，同时进行运动控制与显示。
文档编号G05B19/418GK202230381SQ201120400889
公开日2012年5月23日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者严清艺 申请人:宝元数控精密股份有限公司