專利名稱：具邏輯控制的人機界面運動控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及人機界面運動控制器，特別是指一種具邏輯控制的人機界面運動控制器。
背景技術(shù)：
精密伺服系統(tǒng)多應(yīng)用于多軸運動控制系統(tǒng)，如工業(yè)機器人、工具機、電子零件組裝系統(tǒng)、PCB自動外掛程序機、PCB鉆孔機等等。工作物件的位置控制可通過平臺的移動來達成，平臺位置的偵測有兩種方式，一種是通過伺服馬達本身所安裝的光電編碼器，由于是以間接的方式反饋工作物件的位置， 再通過閉回路控制達到位置控制的目的，因此也稱的為間接位置控制(indirect position control)。另一種方式是直接將位置感測元件安裝在平臺上，如光學尺、激光位置感測計等等，直接反饋工作物件的位置，再通過閉回路控制達到位置控制的目的，稱的為直接位置控制(direct position control)。一個多軸運動控制系統(tǒng)由高階的運動控制器(motion controller)與低階的伺服驅(qū)動器(servo drive)所組成，運動控制器負責運動控制命令解碼、各個位置控制軸彼此間的相對運動、加減速輪廓控制等等，其主要關(guān)鍵在于降低整體系統(tǒng)運動控制的路徑誤差；伺服驅(qū)動器負責伺服馬達的位置控制，主要關(guān)鍵在于降低伺服軸的追隨誤差。一個雙軸運動控制系統(tǒng)在一般的情況下X軸與Y軸的動態(tài)響應(yīng)特性會有相當大的差異，在高速輪廓控制時(contouring control)，會造成顯著的誤差，因此必須設(shè)計一個控制器以整體考量的觀點解決此一問題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的即在于提供一種具邏輯控制的人機界面運動控制器，其提供多工分層負責的完成一個伺服系統(tǒng)中所需要的位置、速度、加速度控制。本實用新型的次一目的是在于提供一種具備邏輯控制的人機界面運動控制器的擴充性，且有高速運算能力，并具備有運動控制的多工處理器與運動控制器。本實用新型的另一目的是在于提供一種具有運動控制的多工處理器，能運用于各種需軸控與邏輯控制功能的人機界面系統(tǒng)與運動控制器上。本實用新型的又一目的是在于提供一種提升系統(tǒng)的效能表現(xiàn)，提高可靠度，避免時序問題且降低成本的人機界面運動控制器?？蛇_成上述實用新型目的的具邏輯控制的人機界面運動控制器，包括有為致動器提供受控體的動力，并由控制器控制致動器的轉(zhuǎn)速或扭矩或位置，所述控制器具有一顯示單元與多核心，至少包括第一核心，嵌入有第一中央處理單元與第二中央處理單元以同時處理快速響應(yīng)及復(fù)雜的浮點運算；第二核心，嵌入有運動控制單元與邏輯控制單元，所述運動控制單負責運動控制命令解碼、受控體各個位置控制軸彼此間的相對運動、加減速輪廓等時序控制，以及所述邏輯控制單元將控制命令隨時載入存儲器內(nèi)儲存與執(zhí)行驅(qū)動致動器；第三核心，嵌入人機處理單元以提供使用者與控制器的互動。較佳的實施方式中，所述控制器控制致動器的導通時間，以精準的周期對周期限流提供非常低的工作周期和提高致動器快速的瞬變響應(yīng)，使所述受控體在數(shù)個周期內(nèi)恢復(fù)操作。較佳的實施方式中，所述邏輯控制單元是以存儲器與控制命令做邏輯控制編輯， 并通過致動器連接受控體做實體控制。較佳的實施方式中，所述互動為輸入輸出指令，輸入指令指的是由使用者來進行受控體的操作，而輸出指令指的是由控制器發(fā)出來的通知或提示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具邏輯控制的人機界面運動控制器應(yīng)用高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于分散式伺服系統(tǒng)有許多優(yōu)點，諸如更靈活的系統(tǒng)應(yīng)用、更佳的系統(tǒng)整合控制效果。

圖1為本實用新型具邏輯控制的人機界面運動控制器應(yīng)用于機械工作平臺的實施示意圖；圖2為所述具邏輯控制的人機界面運動控制器用于機械手臂的實施示意圖；圖3為所述具邏輯控制的人機界面運動控制器的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。附圖標記說明1_致動器；2-受控體；3-控制器；31-第一核心；311-第一中央處理單元；312-第二中央處理單元；32-第二核心；321-運動控制單元；322-邏輯控制單元； 33-第三核心；331-人機處理單元；4-顯示單元。
具體實施方式
請參閱圖1，本實用新型所提供的具邏輯控制的人機界面運動控制器3，主要包括有為致動器Kactuator)提供受控體2 (plant)的動力，并由控制器3 (controller)控制致動器1的轉(zhuǎn)速或扭矩或位置，所述控制器3具有一顯示單元4與多核心，至少包括第一核心31嵌入有第一中央處理單元311與第二中央處理單元312以同時處理快速響應(yīng)(quick response)及復(fù)雜的浮點運算(floating point arithmetic)。第二核心32嵌入運動控制單元321負責運動控制命令(control command)解碼、 受控體2各個位置控制軸彼此間的相對運動、加減速輪廓等時序控制，以及嵌入邏輯控制單元322為將控制命令隨時載入存儲器內(nèi)儲存與執(zhí)行驅(qū)動致動器1 ；其中所述邏輯控制單元322是以存儲器與控制命令做邏輯控制編輯，并通過致動器1連接受控體2做實體控制。第三核心33嵌入人機處理單元331以提供使用者(User)與控制器3的互動 (Interaction)；其中所述人機處理單元331以提供使用者經(jīng)由顯示單元4與控制器3的互動，所述互動為由顯示單元4輸入輸出指令(input/output instruction)，輸入指令指的是由使用者經(jīng)由顯示單元4來進行受控體2的操作，而輸出指令指的是由控制器3由顯示單元4發(fā)出來的通知或提示。一個伺服系統(tǒng)的構(gòu)成通常包含受控體2、致動器1、傳感器、控制器3等幾個部分所構(gòu)成。[0027]所述受控體2是指被控制的物件，例如一個機械工作平臺(如圖1所示)，或是一個機械手臂(如圖2所示)。如圖3所示，所述致動器1的功能在于主要提供受控體2的動力，可能以氣壓、油壓、或是電力驅(qū)動的方式呈現(xiàn)，若是采用油壓驅(qū)動方式，則為油壓伺服系統(tǒng)；目前伺服系統(tǒng)采用電力驅(qū)動方式，致動器1包含了馬達與功率放大器，例如應(yīng)用于伺服系統(tǒng)的伺服馬達 (servo motor)，其裝置內(nèi)含位置反饋裝置，如光電編碼器(optical encoder)或是解角器 (resolver)；以伺服馬達為例，其控制器3通常包含速度控制器3與扭矩控制器3，伺服馬達通常提供模擬式的速度反饋信號，控制界面采用模擬訊號，經(jīng)由外回路的模擬命令，可直接控制馬達的轉(zhuǎn)速或扭矩。采用這種伺服驅(qū)動器，通常必須再加上一個位置控制器(position controller)，才能完成位置控制。另，伺服馬達提供解析度的光電編碼器反饋信號?？刂破?能控制致動器1的導通時間，以精準的周期對周期限流提供非常低的工作周期和提高致動器1快速的瞬變響應(yīng)，使所述受控體2在數(shù)個周期內(nèi)恢復(fù)操作?？刂破?3的功能在于提供整個伺服系統(tǒng)的閉路控制，如扭矩控制、速度控制、與位置控制等。所述人機處理單元331為提供顯示單元4與第一核心31的運算；而顯示單元4包含備操作界面、視覺相關(guān)操作及顯示界面、檔案及數(shù)據(jù)庫界面、設(shè)備資訊顯示界面、參數(shù)輸入界面及機臺管理/維護/校正等界面，上述各界面通過同步機制進行溝通，并用來整合如操作、資訊搜集與監(jiān)控。顯示單元4為致動器1與使用者互動的界面；所述顯示單元4進而包括具有圖形對話輸入程序的功能，輔助修改與編輯加工程序，并讀取接使用者所下達的參數(shù)指令與傳達訊息的處理；而所述第一核心31為數(shù)據(jù)運算的核心，所述第一中央處理單元311專門處理即時控制的程序，并將人機處理單元331處理的結(jié)果交由第二中央處理單元312進行同步即時處理；所述第二中央處理單元312是用以即時控制程序并將程序連續(xù)施以均化分割插值運算，而均化分割值運算為將第一核心31的運算程序進行極小取樣周期的均分，以達到更平滑的控制目的。隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的進步，采用即時網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的伺服系統(tǒng)也隨的發(fā)展，利用 SERCOS即時通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(real-time network communication)所發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)控制分散式伺服系統(tǒng)，目前已有多種采用不同通訊協(xié)定的分散式運動控制系統(tǒng)，如SERC0S、Real-Time Ethernet,Real-Time CAN bus。本實用新型具邏輯控制的人機界面運動控制器3應(yīng)用高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于分散式伺服系統(tǒng)有許多優(yōu)點，諸如更靈活的系統(tǒng)應(yīng)用、更佳的系統(tǒng)整合控制效果。以上說明對本實用新型而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在不脫離以下所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改，變化， 或等效，但都將落入本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具邏輯控制的人機界面運動控制器，其特征在于，為致動器提供受控體動力，并由控制器控制致動器的轉(zhuǎn)速或扭矩或位置，所述控制器具有一顯示單元與多核心，至少包括第一核心，嵌入有第一中央處理單元與第二中央處理單元以同時處理快速響應(yīng)及復(fù)雜的浮點運算；第二核心，嵌入有運動控制單元與邏輯控制單元，所述的運動控制單元負責運動控制命令解碼時序控制、受控體各個位置控制軸彼此間的相對運動時序控制、加減速輪廓時序控制，以及所述邏輯控制單元將控制命令隨時載入存儲器內(nèi)儲存與執(zhí)行驅(qū)動致動器；第三核心，嵌入有人機處理單元，用以提供使用者與控制器的互動。
2.如權(quán)利要求1所述的具邏輯控制的人機界面運動控制器，其特征在于，所述控制器控制致動器的導通時間，以精準的周期對周期限流提供非常低的工作周期和提高致動器快速的瞬變響應(yīng)，使所述受控體在數(shù)個周期內(nèi)恢復(fù)操作。
3.如權(quán)利要求1所述的具邏輯控制的人機界面運動控制器，其特征在于，所述邏輯控制單元是以存儲器與控制命令做邏輯控制編輯，并通過致動器連接受控體做實體控制。
4.如權(quán)利要求1所述的具邏輯控制的人機界面運動控制器，其特征在于，所述互動為輸入輸出指令，輸入指令指的是由使用者來進行受控體的操作，而輸出指令指的是由控制器發(fā)出來的通知或提示。
專利摘要本實用新型公開一種具邏輯控制的人機界面運動控制器，為致動器提供受控體的動力，并由控制器控制致動器的轉(zhuǎn)速或扭矩或位置，所述控制器具有一顯示單元與多核心，至少包括第一核心嵌入有第一中央處理單元與第二中央處理單元以同時處理快速響應(yīng)及浮點運算；第二核心嵌入運動控制單元負責運動控制命令解碼、受控體各個位置控制軸彼此間的相對運動、加減速輪廓等時序控制，以及嵌入邏輯控制單元為將控制命令隨時載入存儲器內(nèi)儲存與執(zhí)行驅(qū)動致動器；第三核心嵌入人機處理單元以提供使用者與控制器的互動。使第一核心、第二核心及第三核心同時執(zhí)行多工處理，同時進行時序及運動控制與顯示。
文檔編號G05B19/04GK202257130SQ20112041551
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者嚴清藝 申請人:寶元數(shù)控精密股份有限公司