运动控制器和使用这种运动控制器的机器人控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及运动控制器和使用这种运动控制器的机器人控制系统领域，并且尤其涉及使用可编程逻辑实现的运动控制器和使用这种运动控制器的机器人控制器。
【背景技术】
[0002]在传统的运动控制器中，处理单元负责过程控制和逻辑控制。图1A示出了用于机器人的运动控制器的架构。如图1所示，运动控制器I包括处理器10，处理器10只有一个读和执行程序指令的计算单元。例如，由处理器10的一个计算单元执行的程序指令具有至少两个功能，即，逻辑控制100和运动控制101。例如，过程或运动控制101执行路径规划功能，以及逻辑控制100执行响应外部信号(至少响应最重要的信号(诸如安全信号))的功能。逻辑控制100和运动控制101由处理器10的一个计算单元来执行，所以这二者之间会存在冲突。因此，要么处理器必须有即使在最坏可能情况下也不丢失信号的计算能力，要么必须提前完成计算的繁重部分。这种方案的缺点是对外部信号的响应不充分。图1B示出了常用机器人系统的标准单轴驱动的结构。低功率部件位于隔离件的左侧，高功率器件位于右侧。由于马达驱动装置是机器人控制系统中的重要器件，因此已经改进这种技术，并且存在集成其他功能(诸如AD转换器)的芯片，DSP或CPU，从而提供必要的解决方案。对于需要更多计算能力和更多数量的接口的多轴驱动来说情况变得更加复杂。
[0003]这导致以下缺点中的至少一个:
[0004]1、由于缺少数据并行处理，导致运动控制器的行为的实时程度相对较低；
[0005]2、将新程序指令集成在运动控制器的处理器中的难度相对较高；
[0006]3、运动控制器的处理器的计算能力是固定的并且是不可扩展的；以及
[0007]4、不能最大地使用运动控制器的处理器的计算能力。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的目的是提供一种运动控制器和使用这种运动控制的机器人控制系统。运动控制器包括:信息共享装置和多个功能模块。信息共享装置适用于共享表示至少一条信息的数据；多个功能模块适用于通过使用信息共享装置访问数据以便在其中至少两个之间交换信息以及基于交换的信息来分别地并行执行多个功能；其中:接收交换的信息的功能模块适于基于接收到的交换信息执行功能，独立于其他功能模块同时执行的功能；多个功能模块共享具有多个计算单元的至少一个处理器或可编程逻辑；并且处理器的或可编程逻辑上的计算单元分别实现多个功能模块。
[0009]控制系统还包括适用于检测机器人系统状态的外部探测器、驱动单元、和适于被驱动单元驱动的具有马达的机器人。
[0010]通过具有上述运动控制器的配置，其带来以下技术优势中的至少一个:
[0011]1、由于运动控制器的计算单元的并行计算能力，运动控制器具有卓越的实时行为；
[0012]2、由于独立执行的程序指令，能够容易地集成功能模块；
[0013]3、根据计算单元的数量执行运动控制器的可扩展架构；
[0014]4、因为可以使用最大计算能力，所以能够有效使用可编程逻辑/处理器。
【附图说明】
[0015]参考附图中示出的优选的示例性实施例，将在下文中更详细地说明本发明的主题，其中:
[0016]图1A示出了用于机器人的运动控制器的架构；
[0017]图1B显示了常用机器人系统的标准单轴驱动的结构；
[0018]图2A和图2B示出了根据本发明实施例的运动控制器；
[0019]图3A示出了根据本发明的另一实施例的运动控制器；
[0020]图3B示出了根据本发明的另一实施例的运动控制器；以及
[0021]图4示出了表示根据本发明的另一实施例的机器人控制系统的示意图。
[0022]以简明的形式在附图标记列表中列出附图中使用的附图标记及其含义。原则上，在图中，相同部件使用了相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0023]图2A和图2B示出了根据本发明的实施例的运动控制器。如图2A和图2B所示，运动控制器2包括可编程逻辑20。可编程逻辑可以是现场可编程门阵列(FPGA)或者专用集成电路(ASIC)。总的来说，除了 ASIC比FPGA更强大且更大，但是其开发也更贵并且不能被重新编程之外，FPGA和ASIC的功能相似。可编程逻辑20具有多个计算单元，例如，如图2A所示的两个计算单元200、203，或如图2B所示的四个计算单元200、201、202、203。计算单元是用于执行一个功能的逻辑单元并且在可编程逻辑20中用作构建块。计算单元是系统的明确定义的部件，其独立地且在明确定义的时段利用专用资源来提供必要的计算。对于多核中央处理器(CPU)，它可以是几个核与其他可利用资源的组合或是一个核；对于可编程逻辑，它可以是几个软处理器或IP核的组合或是一个软处理器(IP核)。计算单元200、201、202、203被预定义成实现多个功能模块204、205、206、207。例如，功能模块205具有用于控制第一机器人的电动马达运动的运动控制特征；功能模块206具有用于控制第二机器人的电动马达运动的运动控制特征；功能模块207具有用于控制第三机器人的电动马达运动的运动控制特征；功能模块204是用于机器人状态控制的逻辑控制:基于新的机器人状态信息来控制如图2A所示的运动控制模块205或如图2B所示的运动控制模块205、206、207的功能。从可编程逻辑的供应商或开发商自身都可得到预定义的计算单元200、201、202和203。例如，供应商或开发者都能使用PC来编程实现功能模块204、205、206和207的指令，并且从PC下载程序指令，并且分别对计算单元200、201、202、203中的每个进行连线。因此，可编程逻辑2的计算单元200、201、202、203在其启动运行之前通过编程预定义。计算单元的数量根据用户需求(例如，希望执行的功能数量)确定。
[0024]由于如图2A所示的计算单元200、201或如图2B所示的计算单元200、201、202、203在可编程逻辑20上分割，因此可并行执行由其实现的如图2A所示的功能模块204、205或如图2B所示的功能模块204、205、206、207。为了如图2A所示的功能模块204、205或如图2B所示的功能模块204、205、206、207的协作的目的，这些功能模块需要基于待执行的功能来交换信息。运动控制器2还包括信息共享装置21，其用于共享表示将被功能模块204、205、206、207中的任何两个交换的至少一条信息的数据。功能模块204、205、206、207能够通过信息共享装置21访问数据并分别基于交换的信息并行执行功能。
[0025]可替代的方法是使用替代可编程逻辑的具有多个计算单元的处理器。
[0026]信息共享装置21可以是在功能模块204、205、206、207之中共享的存储器。存储器可以是外部可编程芯片20或片上存储器，如果有必要，可编程芯片20的逻辑块可以用于实现信息共享装置21。相对于片上存储器，外部存储器有利地体积更大，成本更低。但是在响应时外部存储器比片上存储器慢。可编程芯片20和存储器21通过总线相互通信。
[00