CN103699093A - 一种模块化可重构的运动控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模块化可重构的运动控制器，至少包括由管理框架1、多个功能模块框架2、多个功能模块3、管理框架硬件接口驱动4和多个功能模块硬件接口驱动5组成的运动控制器固件部分，以及由管理框架硬件接口6和多个功能模块硬件接口7组成的运动控制器硬件部分。多个功能模块框架2、多个功能模块硬件接口驱动5和多个功能模块3中的多个子功能模块，都可以根据运动控制器控制功能的需求进行增加、裁剪和修改，实现运动控制器的重构。本发明有益效果是：该运动控制器可以广泛应用于数控机床、机器人等一类机电一体化设备中，具有很好的互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性。
Description
技术领域
本发明涉及自动化和先进制造领域，具体涉及一种模块化可重构的运动控制器。
背景技术
运动控制器是数控机床、机器人等一类机电一体化设备中常用的核心运动控制部件。目前运动控制器已从单片机或微处理器作为核心的运动控制器和专用芯片作为核心处理器的运动控制器，发展到基于PC总线、现场总线和工业以太网等的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式的，具有互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性的运动控制器。国内外，已有多种商品化的运动控制器，如美国的PMAC运动控制器，国内固高公司系列控制器。
但是，目前这些控制器固件与硬件联系紧密，互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性等都较差，而且用户很难根据实际运动控制器功能的需求对运动控制器进行功能模块的增加、裁剪和修改，实现运动控制器的重构，这限制了运动控制器的应用。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种模块化可重构的运动控制器，以解决目前运动控制器互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性等都较差的问题。该运动控制器包括由管理框架1、多个功能模块框架2、多个功能模块3、管理框架硬件接口驱动4和多个功能模块硬件接口驱动5组成的运动控制器固件部分，以及由管理框架硬件接口6和多个功能模块硬件接口7组成的运动控制器硬件部分。该运动控制器可以根据运动控制器控制功能的需求对多个功能模块框架2、多个功能模块硬件接口驱动5和多个功能模块3中的多个子功能模块增加、裁剪和修改，实现运动控制器的重构。
为实现上述目标，本发明所采用的技术方案如下：
所述的模块化可重构的运动控制器，至少包括由管理框架1、多个功能模块框架2、多个功能模块3、管理框架硬件接口驱动4和多个功能模块硬件接口驱动5组成的运动控制器固件部分，以及由管理框架硬件接口6和多个功能模块硬件接口7组成的运动控制器硬件部分；
所述的管理框架1与多个功能模块框架2和管理框架硬件接口6相连，主要用于对各功能模块框架2和管理框架硬件接口驱动6调用与数据信息管理，以及完成各功能模块框架2之间的数据信息交互；
所述的多个功能模块框架2，每个功能模块框架2与对应的功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中的多个子功能模块相连，主要用于对功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中的多个子功能模块调用和数据信息管理，完成功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中的多个子功能模块之间的数据信息交互；
所述的多个功能模块3，每个功能模块3由多个子功能模块组成，每个子功能模块完成单一的子功能，子功能模块之间相互独立，非直接耦合，且不能直接与功能模块硬件接口驱动5进行数据信息交互；
所述的管理框架硬件接口驱动4与管理框架硬件接口6和管理框架1相连，主要用于获取和处理管理框架硬件接口6信息，将处理结果送入管理框架1；所述的管理框架硬件接口驱动4还用于接收和处理管理框架1传送的数据信息，将处理结果送入管理框架硬件接口6；
所述的多个功能模块硬件接口驱动5，每个功能模块硬件接口驱动5与对应的功能模块硬件接口7和功能模块框架2相连，主要用于获取和处理功能模块硬件接口7信息，将处理结果通过功能模块框架2送入功能模块3中需要获取功能模块硬件接口7信息的子功能模块；所述的多个功能模块硬件接口驱动5，每个功能模块硬件接口驱动5还用于接收和处理功能模块框架2对功能模块5中子功能模块管理的数据信息，将处理结果送入功能模块硬件接口7中；
所述的管理框架硬件接口6，提供运动控制器管理框架1所需的硬件接口；
所述的多个功能模块硬件接口7，提供运动控制器功能模块3所需的硬件接口。
所述的多个功能模块框架2、多个功能模块硬件接口驱动5和多个功能模块3中的多个子功能模块，都可以根据运动控制器控制功能的需求进行增加、裁剪和修改；通过管理框架1对多个功能模块框架2进行调用，以及每个功能模块框架2对功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中的子功能模块进行调用，实现运动控制器的重构。
所述的管理框架1不能直接调用每个功能模块3中的子功能模块，需要通过功能模块框架2完成对功能模块3中子功能模块的调用。
本发明的特点和有益效果在于：
(1)采用管理框架对多个功能模块框架和管理框架硬件接口驱动进行调用与数据信息管理，以及功能模块框架对功能模块硬件接口驱动和功能模块中多个子功能模块进行调用与数据信息管理，提高了运动控制器的互操作性。
(2)功能模块框架、功能模块硬件接口驱动和功能模块中子功能模块，可根据运动控制器控制功能需求进行自由增加、裁剪和修改，提高了运动控制器的可缩放性。
(3)所述运动控制器，固件与硬件分开，功能模块中子功能模块彼此独立且不直接与功能模块硬件接口驱动进行数据信息交互，因此通过更改功能模块硬件接口驱动和对功能模块中子功能模块进行最小修改，就可将运动控制器移植于数控系统和机器人系统，提高了运动控制器的可移植性和可互换性。
附图说明
图1为本发明的模块化可重构的运动控制器框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
如图1所示，本发明的一种模块化可重构的运动控制器，至少包括由管理框架1、多个功能模块框架2、多个功能模块3、管理框架硬件接口驱动4和多个功能模块硬件接口驱动5组成的运动控制器固件部分，以及由管理框架硬件接口6和多个功能模块硬件接口7组成的运动控制器硬件部分；所述的管理框架1与多个功能模块框架2和管理框架硬件接口6相连，主要用于对各功能模块框架2和管理框架硬件接口驱动6调用与数据信息管理，以及完成各功能模块框架2之间的数据信息交互；所述的多个功能模块框架2，每个功能模块框架2与对应的功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中的多个子功能模块相连，主要用于对功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中的多个子功能模块调用和数据信息管理，完成功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中的多个子功能模块之间的数据信息交互；所述的多个功能模块3，每个功能模块3由多个子功能模块组成，每个子功能模块完成单一的子功能，子功能模块之间相互独立，非直接耦合，且不能直接与功能模块硬件接口驱动5进行数据信息交互；所述的管理框架硬件接口驱动4与管理框架硬件接口6和管理框架1相连，主要用于获取和处理管理框架硬件接口6信息，将处理结果送入管理框架1；所述的管理框架硬件接口驱动4还用于接收和处理管理框架1传送的数据信息，将处理结果送入管理框架硬件接口6；所述的多个功能模块硬件接口驱动5，每个功能模块硬件接口驱动5与对应的功能模块硬件接口7和功能模块框架2相连，主要用于获取和处理功能模块硬件接口7信息，将处理结果通过功能模块框架2送入功能模块3中需要获取功能模块硬件接口7信息的子功能模块；所述的多个功能模块硬件接口驱动5，每个功能模块硬件接口驱动5还用于接收和处理功能模块框架2对功能模块5中子功能模块管理的数据信息，将处理结果送入功能模块硬件接口7中；所述的管理框架硬件接口6，提供运动控制器管理框架1所需的硬件接口；所述的多个功能模块硬件接口7，提供运动控制器功能模块3所需的硬件接口。
所述的多个功能模块框架2、多个功能模块硬件接口驱动5和多个功能模块3中的多个子功能模块，都可以根据运动控制器控制功能的需求进行增加、裁剪和修改；通过管理框架1对多个功能模块框架2进行调用，以及每个功能模块框架2对功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中的子功能模块进行调用，进而实现运动控制器的重构。
以数控系统为应用例子：数控管理框架1需要定义数据功能模块框架2(例如运动控制功能模块框架、测量功能模块框架等)与数控管理框架硬件接口驱动4(如运动控制接口驱动，测量接口驱动)的数据信息接口，并开辟一个存储区，用于对功能模块框架2和管理框架硬件接口驱动4的数据信息进行存储，以及在管理框架1中完成功能模块框架2与管理框架硬件接口驱动4执行顺序的规划。所述的管理框架1不能直接调用每个功能模块3中的子功能模块，需要通过功能模块框架2完成对功能模块3(如运动加减速控制功能模块，测量功能模块)中子功能模块的调用。例如运动加减速控制功能模块的子功能模块可以是s曲线加减速、T曲线加减速子功能模块等等；测量功能模块的子功能模块可以根据安装的不同测量设备或者不同传感器来设计，如可以是电流检测、光栅尺检测、电角度检测等等。
所述的功能模块框架2需要定义功能模块框架2与功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中的每个子功能模块的数据信息接口，并开辟一个存储区对功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中的每个子功能模块的数据信息进行存储，以及在功能模块框架2中完成功能模块硬件接口驱动5和功能模块3中每个子功能模块执行顺序的规划。
所述的管理框架硬件接口驱动4和功能模块硬件接口驱动5完成对运动控制器硬件接口的驱动，并实现运动控制器的固件与硬件的分离。通过更改管理框架硬件接口驱动4和功能模块硬件接口驱动5的驱动程序，就可以将整个运动控制器移植于数控机床、机器人等一类机电一体化设备中。
例如功能模块3为运动控制器功能模块时，主要完成的轨迹预处理、加减速控制、插补、位置控制或状态监控等单一功能。每个功能模块3包含N个子功能模块(N＝0，1，2……，当N＝0表示无子功能模块)，如前面所述运动加减速控制功能模块，其子功能模块可以是s曲线加减速、T曲线加减速子功能模块等等功能模块，其中每个子功能模块实现单一的子功能，并需要定义每个子功能模块与功能模块框架2的数据信息接口；功能模块3中每个子功能模块可以独立完成功能模块3的功能，也可以几个子模块通过功能模块框架2的调度，协同完成功能模块3的功能。用户可以在不改变子功能模块与功能模块框架2的数据信息接口的情况下，重新设计或修改子功能模块。
本发明的一种模块化可重构的运动控制器，具有很好的互操作性、可移植性、可缩放性和可互换性，具有广泛的应用领域。通过本发明用户可以根据需要，简便、快速、可靠地重构运动控制器，减少开发、维护、升级成本和时间。
最后说明的是本发明的一种模块化可重构的运动控制器，不局限于上述实施例，还可以做出各种修改、变换和变形。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。凡是依据本发明的技术方案进行修改、修饰或等同变化，而不脱离本发明技术方案的思想和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种模块化可重构的运动控制器，其特征在于，至少包括由管理框架(1)、多个功能模块框架(2)、多个功能模块(3)、管理框架硬件接口驱动(4)和多个功能模块硬件接口驱动(5)组成的运动控制器固件部分，以及由管理框架硬件接口(6)和多个功能模块硬件接口(7)组成的运动控制器硬件部分；
所述的管理框架(1)与多个功能模块框架(2)和管理框架硬件接口(6)相连，主要用于对各功能模块框架(2)和管理框架硬件接口驱动(6)调用与数据信息管理，以及完成各功能模块框架(2)之间的数据信息交互；
所述的多个功能模块框架(2)，每个功能模块框架(2)与对应的功能模块硬件接口驱动(5)和功能模块(3)中的多个子功能模块相连，主要用于对功能模块硬件接口驱动(5)和功能模块(3)中的多个子功能模块调用和数据信息管理，完成功能模块硬件接口驱动(5)和功能模块(3)中的多个子功能模块之间的数据信息交互；
所述的多个功能模块(3)，每个功能模块(3)由多个子功能模块组成，每个子功能模块完成单一的子功能，子功能模块之间相互独立，非直接耦合，且不能直接与功能模块硬件接口驱动(5)进行数据信息交互；
所述的管理框架硬件接口驱动(4)与管理框架硬件接口(6)和管理框架(1)相连，主要用于获取和处理管理框架硬件接口(6)信息，将处理结果送入管理框架(1)；所述的管理框架硬件接口驱动(4)还用于接收和处理管理框架(1)传送的数据信息，将处理结果送入管理框架硬件接口(6)；
所述的多个功能模块硬件接口驱动(5)，每个功能模块硬件接口驱动(5)与对应的功能模块硬件接口(7)和功能模块框架(2)相连，主要用于获取和处理功能模块硬件接口(7)信息，将处理结果通过功能模块框架(2)送入功能模块(3)中需要获取功能模块硬件接口(7)信息的子功能模块；所述的多个功能模块硬件接口驱动(5)，每个功能模块硬件接口驱动(5)还用于接收和处理功能模块框架(2)对功能模块(5)中子功能模块管理的数据信息，将处理结果送入功能模块硬件接口(7)中；
所述的管理框架硬件接口(6)，提供运动控制器管理框架(1)所需的硬件接口；
所述的多个功能模块硬件接口(7)，提供运动控制器功能模块(3)所需的硬件接口。
2.根据权利1所述的一种模块化可重构的运动控制器，其特征在于，所述的多个功能模块框架(2)、多个功能模块(3)中的多个子功能模块和多个功能模块硬件接口驱动(5)都可以根据运动控制器控制功能的需求进行增加、裁剪和修改；通过管理框架(1)对多个功能模块框架(2)进行调用，但所述的管理框架(1)不能直接调用每个功能模块(3)中的子功能模块，需要通过功能模块框架(2)完成对功能模块硬件接口驱动(5)和功能模块(3)中的子功能模块进行调用，进而实现运动控制器的重构。
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| CN201310718275.4A CN103699093A (zh) | 2013-12-23 | 2013-12-23 | 一种模块化可重构的运动控制器 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110275493A (zh) * | 2018-03-15 | 2019-09-24 | 西门子股份公司 | 用于控制技术系统的方法和装置 |
| CN110572936A (zh) * | 2019-08-20 | 2019-12-13 | 浙江大学 | 一种模块化工业控制器装置 |
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2013
- 2013-12-23 CN CN201310718275.4A patent/CN103699093A/zh active Pending
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