CN104898471A - 机器人的控制系统以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人的控制系统以及控制方法，包括：第一处理器，所述第一处理器仅执行与所述机器人的伺服控制有关的实时任务；第二处理器，所述第二处理器执行与所述伺服控制有关的实时任务以外的所有任务；以及任务调度器，所述任务调度器将从外部接受的任务分配给所述第一处理器或者所述第二处理器，所述第一处理器和所述第二处理器之间能够进行通信。

Description

机器人的控制系统以及控制方法

技术领域

本发明涉及机器人的控制系统以及控制方法，特别涉及提高机器人的处理速度的控制系统以及控制方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，需要机器人所进行的处理越来越多，动作也越来越复杂，机器人控制系统所需要进行的运算和处理的工作量越来越大。另外，在机器人控制中，对实时性的要求也越来越高，例如在机器人控制中，如果实时性达不到要求，则控制机器人所进行的动作可能已经变得不准确，失去了该动作本应具有的意义，无法实现所要执行的动作。

发明内容

面对庞大的任务处理和实时性要求，将机器人的控制系统设计为具有双核处理器的控制系统，其中一个处理器仅用于对实时任务进行处理，另一个处理器仅用于对非实时任务进行处理。但是该设计在同时面临多个实时任务时，由于资源有限，在处理上存在先后顺序，导致后处理所需等待时间过长，或者并行执行多个实时任务时导致处理速度慢，可能无法满足对实时性要求高的任务的时间上的需求。

本发明提出了一种机器人的控制系统，本发明涉及机器人的控制系统，包括：第一处理器，所述第一处理器仅执行与所述机器人的伺服控制有关的实时任务；第二处理器，所述第二处理器执行与所述伺服控制有关的实时任务以外的所有任务；以及任务调度器，所述任务调度器将从外部接受的任务分配给所述第一处理器或者所述第二处理器，所述第一处理器和所述第二处理器之间能够进行通信。

通过上述的机器人的控制系统，能够针对不同的处理器分配不同的处理任务。能够将运算量大的与伺服控制有关的实时任务与其他任务通过不同的处理器进行处理，在提高对与伺服控制有关的实时任务的处理速度的同时，能够还提高其他处理器的处理速度。

根据上述的机器人的控制系统，其中，所述第二处理器优先执行实时任务。

通过上述的机器人的控制系统，能够使与伺服控制有关的实时任务以外的实时任务得到优先处理，提高机器人对实时任务的响应速度。

根据上述的机器人的控制系统，其中，所述第一处理器的处理速度比所述第二处理器的处理速度快。

由于第一处理器的处理所涉及的运算量大，因此使用处理速度高的第一处理器能够提高机器人的实时性。

根据上述的机器人的控制系统，其中，所述第一处理器直接获取来自所述机器人的信息获取单元的信息。

通过上述，能够提高控制系统获取机器人的相关信息的速度。

根据上述的机器人的控制系统，其中，任务调度器判断从外部所获取的任务是否是与伺服控制有关的实时任务，在是与伺服控制有关的实时任务的情况下，将所接受的任务分配给第一处理器，在不是与伺服控制有关的实时任务的情况下，将所接受的任务分配给第二处理器。

根据上述的机器人的控制系统，其中，所述任务调度器在判断出从外部接受的任务不是与伺服控制有关的实时任务的情况下，判断是否是其他的实时任务，并将判断的结果通知给第二处理器。

另外，本发明涉及一种机器人的控制方法，包括：第一处理器仅执行与所述机器人的伺服控制有关的实时任务；第二处理器执行与所述伺服控制有关的实时任务以外的所有任务；以及任务调度器将从外部获取的任务分配给所述第一处理器或者所述第二处理器，所述第一处理器和所述第二处理器之间能够进行通信。

通过本发明的机器人控制系统，能够提高机器人的处理速度，使机器人的动作更加精准。另外，通过本发明的机器人的控制系统，能够提高机器人的控制系统的整体的处理速度。

附图说明

图1是机器人的示意图；

图2是示出机器人的控制系统的框图；

图3是示出任务调度器对任务进行分配的流程图；

图4是示出第二处理器对任务进行处理的流程图。

具体实施方式

随着机器人技术的发展，机器人的自由度越来越大，当前具有六个自由度的六轴机器人已被广泛使用，具有更多自由度的多轴机器人也相继出现。机器人具有的轴越多其所具有的自由度越高，在对各个轴进行驱动控制时所需要的计算量也变得庞大。也就是对机器人的运动的位置、速度、加速度等变量进行控制，从采集到传感器信息、图像信息到作出相应的反应，大多情况需要作出快速、准确的反应才有实际意义。另一方面，涉及到机器人运动等的伺服控制所涉及的计算量复杂庞大。

因此，本申请的发明人考虑上述情况提出一种机器人控制系统。

实施例

以下，参考附图，对本发明的具体实施例进行详细的说明。

图1示出了本发明一个实施方式中的工业机器人。如图1所示，工业机器人的外部结构主要包括：基座10、大臂20、小臂30、手腕体40、平衡器50、以及多个马达60。当然，取决于工业机器人的具体应用环境，其还可以包括各种其他部件。

图1中，以基准面P0为参照基准定义了三维坐标系XYZ。其中，XY平面与基准面P0平行，Z轴垂直于基准面P0。图1中所示的工业机器人处于如下状态：基座10的一部分被固定于基准面P0；大臂20相对于基座10能够进行相对旋转；小臂30相对于大臂20能够进行相对旋转，手腕体40相对于小臂30能够进行相对旋转。

下面，对工业机器人的各个组成部分进行具体说明。

基座10是工业机器人的底座，用于将机器人安装固定于工作场所，并支撑机器人的其他部件，基座包括底部和旋转部。通常情况下，基座10可以由金属、合金等坚固的材料制成，也可以由其他各种材料制成，只要其刚性、挠性等性能满足需求即可。基座可以通过铸造等制造工艺形成。图1中的基座10的内部是中空的，其中容纳有图中未示出的马达等其他部件。当然，马达等部件也可以根据需求设置在基座10的外部或者分开设置。基座10的旋转部与大臂20及平衡器50相连结。基座10的底部通过机械连结等方式被固定到基准面P0上。需要说明的是，尽管大多情况下基座10的底部被直接固定于地面(此时地面即为基准面P0)，但并不限于此，也可以被固定于工作台等其他平面。例如，当需要将工业机器人倒置进行悬挂设置时，基座10可被固定于天花板等的下表面上。基座10的旋转部能够绕垂直于基准面P0的第一轴A1进行旋转(第一旋转运动)。由图1可以看出，该第一旋转运动位于XY平面内。

大臂20能够传递动力，增加工业机器人的旋转自由度。大臂20的一端被支承于基座10。大臂20能够随着基座10的旋转部绕垂直于基准面P0的第一轴A1的旋转而旋转。此外，大臂20还能够绕平行于基准面的第二轴A2(Y轴方向)进行旋转运动(第二旋转运动)。如图1所示，该第二旋转运动位于XZ平面内。大臂20的另一端与小臂30相连。

小臂30呈杆状，如图1所示，小臂30能够绕旋转轴A3进行旋转(第三旋转运动)。另外，小臂30能够在马达60的驱动下，绕其中心轴、即第四轴A4进行旋转(第四旋转运动)。如上所述，小臂30的一端与大臂20相连。此外，小臂30的另一端与手腕体40相连。

手腕体40的一端与小臂30连接，如图1所示，小臂30能够绕平行于基准面P0(即Y轴方向)的第五轴A5进行相对旋转(第五旋转运动)。

除了上述第一至第五旋转运动，本实施例的工业机器人还包括第六旋转运动。所述第六旋转运动是手腕体40绕其轴心旋转的运动(图中未示出)。由此，本实施例的工业机器人的各个部件的旋转运动合计具有六个旋转轴，因此该工业机器人也被称为六轴机器人。

为上述第一旋转运动提供动力的马达被设置于基座10的内部(图中未示出)。为上述第二旋转运动提供动力的马达被设置于第二轴A2附近(图中未示出)。为上述第三和第四旋转运动提供动力的马达被设置于第三轴A3附近(图中未示出)。为上述第五和第六旋转运动提供动力的马达被设置于小臂30中，其动力通过减速器等动力传递装置向手腕体传递。作为提供上述驱动力的马达，例如可以是电动马达。但马达的种类不限于此，只要能满足提供驱动力的条件即可，除了电动马达之外，也可以是液压马达或气动马达等。

平衡器50被支承在基座10上。平衡器50与大臂20相连。平衡器50能够与大臂20进行相对旋转。图1所示的状态下，平衡器6处于初始位置，不对大臂20施加作用力。随着大臂20绕第二轴A2进行旋转，平衡器50与大臂20之间的相对距离发生变化。伴随着该变化，平衡器50向大臂20施加拉力或推力。通过提供这样的作用力，有助于大臂20更加容易地返回到平衡位置。即，平衡器50具有协助大臂20恢复平衡的功能。

这里所称的“垂直”、“平行”等，并不要求其所成的角度是90度或0度，而是允许一定的公差或误差。

除上述部分之外，工业机器人至少还包括：动力传递系统、能源供应系统、以及动作控制系统。所述动力传递系统能够将各个马达产生的驱动力传递至各运动部件，例如大臂、小臂、手腕体等。所述能源供应系统能够向各个马达提供其工作所需的能源。当采用电动马达时，所述能够供应系统即为电力供应系统。通过科学地规划布置电力输送线路，来满足各个电动马达的用电需求。此外，所述动作控制系统能够对各个运动部件的动作进行控制。所述动作控制系统能够按照用户预先设定的程序，控制各个运动部件的动作。

以上述的机器人为例，下面对机器人的控制系统进行详细说明。

图2示出机器人的控制系统的框图。

机器人的控制系统1具有第一处理器2、第二处理器3、以及任务调度器7。其中，第一处理器2和第二处理器3相互之间能够进行信息的交换。

机器人具有信息获取单元6，信息获取单元6用于获取机器人自身位置以及目标对象等的位置信息等。信息获取单元6所获取的信息可以是传感器信息或者摄像机拍摄的图像信息。机器人的控制系统1基于从信息获取单元6获取的信息来控制机器人的动作。

控制系统1中的第一处理器2与信息获取单元6连接，直接从信息获取单元6获取图像数据、传感器信息等。

第一处理器2从信息获取单元6获取信息，基于所要执行的任务对机器人进行伺服控制的信息进行处理，并输出对机器人的控制信号。其中，第一处理器2仅执行与机器人的伺服控制有关的实时处理，由于有关伺服控制的实时处理所涉及的运算量大，需要的响应速度快，因此由单独的处理器进行处理能够满足响应速度，并且由于第一处理器2分担了控制系统1的大部分运算处理，因此也提高了控制系统1在执行其他任务时的速度。第一处理器2与外部的伺服系统4之间能够进行信息交换。第一处理器2可以向伺服系统4发出控制指令，还可以执行针对伺服系统4的实时任务。

第二处理器3执行与机器人的伺服控制的实时处理有关的任务以外的所有任务。第二处理器3所执行的任务包括伺服控制的实时处理以外的其他实时任务以及非实时任务。由于第一处理器2处理与伺服控制有关的实时任务，承担了大部分的运算处理，因此第二处理器3所承担的处理量变小，能进一步提高第二处理器3的处理速度。第二处理器3与机器人的外围设备5能够进行信息交换，执行与外围设备5有关的所有的处理。另外，第二处理器3也能够与伺服系统4之间进行信息传送，第二处理器3可执行与伺服系统4有关的非实时处理。

另外，第一处理器2和第二处理器3之间能够进行信息传递与交换，例如，第一处理器2能够将从信息获取单元6获取的图像信息传递给第二处理器3，以供第二处理器3使用。但第一处理器2和第二处理器3之间的信息交换并不限于此。

任务调度器7对控制系统1所接受的任务进行分配，将与伺服控制有关的实时处理分配给第一处理器2，将与伺服控制有关的实时处理以外的所有任务分配给第二处理器3。

图3示出了任务调度器执行任务调度的流程图。

首先在步骤S1中控制系统1的任务调度器7接受任务。

在步骤S2中，任务调度器7判断所接受的任务是否是与伺服控制有关的实时任务。

在步骤S3中，当任务调度器7在步骤S2中判定出所接受的任务是与伺服控制有关的实时任务时(是)，将该实时任务分配给第一处理器2，并由该第一处理器2执行该实时任务。

在步骤S4中，当任务调度器7在步骤S2中判定出所接受的任务不是与伺服控制有关的实时任务时(否)，将该任务分配给第二处理器3，并由该第二处理器3执行该任务。

最后，结束此次任务分配。

图4示出了第二处理器3处理任务的流程图。

首先，在步骤S11中，第二处理器3接受任务调度器3所分配的任务。

在步骤S12中，第二处理器3判断所接受的任务是否是实时任务。

在步骤S13中，在第二处理器3在步骤S12中判断出所接受的任务是实时任务时，判断正在执行的任务是否是非实时任务。

当在步骤S13中判断为是非实时任务时，如步骤S15所示，中断其他非实时任务，而执行该实时任务，并如步骤S17所示，在该实时任务执行完毕后再执行被中断的非实时任务。当在步骤S13中判断为正在执行的任务不是非实时任务时，如步骤S14所示，执行正在执行的实时任务的同时，执行新接收的其他的实时任务。

当第二处理器3在步骤S12中判断出所接受的任务不是实时任务时，在步骤S16中，第二处理器3依次执行所接受的任务。

最后，结束此次的任务。

通过本发明的机器人控制系统，第一处理器仅执行与伺服控制有关的实时任务，第二处理器执行与伺服控制有关的实时任务以外的所有任务。由此，能够快速地对伺服控制的实时任务进行响应，输出处理指令。另外，由于第一处理器执行运算量大的与伺服控制有关的实时任务，因此，减轻了第二处理器的负担，提高了第二处理器的处理速度。

另外，本申请并不限于上述的实施例。

变形例

在上述实施例中通过任务调度器判断是否是与伺服控制有关的实时任务，在不是与伺服控制有关的实时任务时，分配给第二处理器，并由第二处理器进行判断，判断是否是其他的实时任务。但是也可以是以下构成。任务调度器首先判断是否是与伺服控制有关的实时任务，在是与伺服控制有关的实时任务时，将该实时任务分配给第一处理器，在不是与伺服控制有关的实时任务时，任务分配器继续判断所接收的任务是否是其他实时任务，并将判断结果发送给第二处理器。

另外，在上述的实施例中，在第二处理器判断为所接收的任务不是实时任务时，依次执行所接收的任务，但是也可以根据硬件资源同时执行所接收的任务。

另外，在上述的实施例中，由于第一处理器所执行的任务运算量大，因此可以是第一处理器的处理速度大于所述第二处理器的处理速度。

以上已经参考本发明的具体实施例来描述了本发明，但是本领域技术人员均了解，在不脱离由所附权利要求或其等同物限定的本发明的精神和范围内，可以对这些具体实施例进行各种修改、组合和变更。此外，附图中的任何信号箭头应当被认为仅是示例性的，而不是限制性的，除非另有具体指示。

Claims (10)

1.一种机器人的控制系统，包括：

第一处理器，所述第一处理器仅执行与所述机器人的伺服控制有关的实时任务；

第二处理器，所述第二处理器执行与所述伺服控制有关的实时任务以外的所有任务；以及

任务调度器，所述任务调度器将从外部接受的任务分配给所述第一处理器或者所述第二处理器，

所述第一处理器和所述第二处理器之间能够进行通信。

2.如权利要求1所述的机器人的控制系统，其中，

所述第二处理器优先执行实时任务。

3.如权利要求1或2所述的机器人的控制系统，其中，

所述第一处理器的处理速度比所述第二处理器的处理速度快。

4.如权利要求1或2所述的机器人的控制系统，其中，

所述第一处理器直接获取来自所述机器人的信息获取单元的信息。

5.如权利要求1所述的机器人的控制系统，其中，

任务调度器判断从外部所获取的任务是否是与伺服控制有关的实时任务，在是与伺服控制有关的实时任务的情况下，将所接受的任务分配给第一处理器，在不是与伺服控制有关的实时任务的情况下，将所接受的任务分配给第二处理器。

6.如权利要求5所述的机器人的控制系统，其中，

所述任务调度器在判断出从外部接受的任务不是与伺服控制有关的实时任务的情况下，判断是否是其他的实时任务，并将判断的结果通知给第二处理器。

7.一种机器人的控制方法，包括：

第一处理器仅执行与所述机器人的伺服控制有关的实时任务；

第二处理器执行与所述伺服控制有关的实时任务以外的所有任务；以及

任务调度器将从外部获取的任务分配给所述第一处理器或者所述第二处理器，

所述第一处理器和所述第二处理器之间能够进行通信。

8.如权利要求7所述的机器人的控制方法，其中，

所述第二处理器优先执行实时任务。

9.如权利要求7所述的机器人的控制方法，其中，

任务调度器判断从外部所获取的任务是否是与伺服控制有关的实时任务，在是与伺服控制有关的实时任务的情况下，将所接受的任务分配给第一处理器，在不是与伺服控制有关的实时任务的情况下，将所接受的任务分配给第二处理器。

10.如权利要求9所述的机器人的控制方法，其中，

所述任务调度器在判断出从外部接受的任务不是与伺服控制有关的实时任务的情况下，判断是否是其他的实时任务，并将判断的结果通知给第二处理器。