CN108614460A - 分布式多节点控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种分布式多节点控制系统及方法，涉及控制技术领域。其中，所述分布式多节点控制系统包括：第一控制节点、第二控制节点、多个伺服节点及执行设备，所述第一控制节点与所述第二控制节点分别与所述多个伺服节点通信连接，所述伺服节点与所述执行设备电性连接，用于控制对应的所述执行设备的工作状态；所述第一控制节点用于控制所述多个伺服节点中的至少一个第一伺服节点的工作状态，所述第二控制节点用于控制控制所述多个伺服节点中的至少一个第二伺服节点的工作状态。通过多个控制节点分担实时的运算量，从而实现分布式的控制，加快运算速度。且这种多节点协调配合的系统，便于维修，节约维修成本。

Description

分布式多节点控制系统及方法
技术领域
本发明涉及控制技术领域，具体而言，涉及一种分布式多节点控制系统及方法。
背景技术
随着科技的发展，工业机器人以其稳定性和高效性，会在以后的生产中扮演越来越重要的角色。越来越多的行业会使用机器人来代替人完成重复性高的工作。控制器，作为工业机器人最重要的零部件，在当前的应用当中存在一些实际的问题。一方面由于控制器集成度高，一旦出现故障则需整机维修，成本很高；另一方面，控制器承担工作量大，无法保证控制效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式多节点控制系统及方法，以解决上述问题。
为了解决上述问题，本发明实施例采用的技术方案如下：
本发明实施例提供了一种分布式多节点控制系统，所述分布式多节点控制系统包括：第一控制节点、第二控制节点、多个伺服节点及执行设备，所述第一控制节点与所述第二控制节点分别与所述多个伺服节点通信连接，所述伺服节点与所述执行设备电性连接，用于控制对应的所述执行设备的工作状态；所述第一控制节点用于控制所述多个伺服节点中的至少一个第一伺服节点的工作状态，所述第二控制节点用于控制控制所述多个伺服节点中的至少一个第二伺服节点的工作状态。
进一步地，所述分布式多节点控制系统还包括调度控制节点，所述调度控制节点分别与所述第一控制节点与所述第二控制节点通信连接；所述调度控制节点用于按照预设的时间间隔获取所述第一控制节点与所述第二控制节点的工作状态信息，并依据所述工作状态信息调整所述第一控制节点对应的所述第一伺服节点的数量及所述第二控制节点对应的所述第二伺服节点的数量。
进一步地，所述第一控制节点及第二控制节点均为非对称双核架构。
进一步地，所述第一控制节点包括运行Linux系统的第一内核及运行RTOS系统的第二内核，所述第一内核用于接收控制指令，并将接收到的所述控制指令发送至所述第二内核，所述第二内核根据控制指令及对应的所述第一伺服节点，计算每一个所述第一伺服节点对应的执行指令，并分发至对应的所述第一伺服节点。
进一步地，所述第一控制节点包括共享存储区域，所述第一内核将需向所述第二内核发送的数据按照预设的协议转换为传送数据，并存放于所述共享存储区域；所述第一内核提醒所述第二内核从所述共享存储区域中的对应位置取出所述传送数据。
进一步地，所述伺服节点为对称双核架构，对应的双核均用于运行RTOS系统。
进一步地，所述第一控制节点按照预设的时间间隔获取所述第一伺服节点及对应的执行设备的工作状态数据，若所述第一控制节点获取到的所述工作状态数据属于异常状态数据，则启动异常警示工作；所述第二控制节点按照预设的时间间隔获取所述第二伺服节点及对应的执行设备的工作状态数据，若所述第二控制节点获取到的所述工作状态数据属于异常状态数据，则启动异常警示工作。
进一步地，所述执行设备包括控制电机及IO设备。
本发明实施例提供了一种分布式多节点控制方法，应用于前述分布式多节点控制系统；所述第一控制节点包括第一内核及第二内核，所述方法包括：所述第一内核接收控制指令；所述第一内核将接收到的所述控制指令发送至所述第二内核；所述第二内核根据控制指令及对应的所述第一伺服节点，计算每一个所述第一伺服节点对应的执行指令；所述第二内核将所述执行指令分别发送至对应的所述第一伺服节点；所述第一伺服节点根据接收到的所述执行指令控制对应的所述执行设备的工作状态。
进一步地，所述分布式多节点控制系统还包括调度控制节点，所述调度控制节点分别与所述第一控制节点与所述第二控制节点通信连接；所述方法还包括：所述调度控制节点按照预设的时间间隔获取所述第一控制节点与所述第二控制节点的工作状态信息；
与现有技术相比，本发明提供的一种分布式多节点控制系统中的第一控制节点与第二控制节点分别与多个伺服节点通信连接，以便第一控制节点用于控制所述多个伺服节点中的至少一个第一伺服节点的工作状态进而控制对应的执行设备，第二控制节点用于控制控制所述多个伺服节点中的至少一个第二伺服节点的工作状态，进而控制对应的执行设备。也就是，通过多个控制节点分担实时的运算量，从而实现分布式的控制，加快运算速度。且这种多节点协调配合的系统，便于维修，节约维修成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明较佳实施例提供的分布式多节点控制系统的示意图。
图2示出了本发明较佳实施例提供的分布式多节点控制系统的示意图的另一种。
图3示出了本发明较佳实施例提供的第一控制节点的示意图。
图4示出了本发明较佳实施例提供的分布式多节点控制方法的步骤流程图。
图5示出了本发明较佳实施例提供的分布式多节点控制方法的步骤流程图的另一部分。
图标：100-分布式多节点控制系统；10-控制节点；11-第一控制节点；111-第一内核；112-第二内核；113-共享存储区域；12-第二控制节点；20-伺服节点；21-第一伺服节点；22-第二伺服节点；30-执行设备；40-调度控制节点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例
请参考图1，图1为本发明较佳实施例提供的分布式多节点控制系统100的示意图。如图1所示，该分布式多节点控制系统100包括控制节点10、多个伺服节点20及执行设备30。控制节点10与伺服节点20通信连接，伺服节点20与执行设备30电性连接。
在本发明实施例中，如图2所示，上述分布式多节点控制系统100还包括调度控制节点40。所述控制节点10可以但不限于包括第一控制节点11和第二控制节点12。调度控制节点40分别与第一控制节点11及第二控制节点12通信连接。第一控制节点11与所述第二控制节点12分别与上述多个伺服节点20通信连接。第一控制节点11用于控制所述多个伺服节点20中的至少一个第一伺服节点21的工作状态，所述第二控制节点12用于控制控制所述多个伺服节点20中的至少一个第二伺服节点22的工作状态。调度控制节点40可用于分配每个控制节点10所控制的伺服节点20。
进一步地，为了充分利用每一个控制节点10资源，在本发明实施例中，调度控制节点40还用于按照预设的时间间隔获取所述第一控制节点11与所述第二控制节点12的工作状态信息，并依据所述工作状态信息调整所述第一控制节点11对应的所述第一伺服节点21的数量及所述第二控制节点12对应的所述第二伺服节点22的数量。上述工作状态信息可以包括系统占用信息、负载信息等。
相较于相关技术中将所有伺服设备集中由一台控制器控制的策略而言，本发明实施例通过将多个伺服节点20分配给多个控制节点10，从而减轻每一个控制节点10的工作量，提高了运算速度。
在本发明实施例中，上述第一控制节点11及第二控制节点12均为非对称双核架构。
可选地，第一控制节点11包括运行Linux系统的第一内核111及运行RTOS系统的第二内核112，所述第一内核111用于接收控制指令，并将接收到的所述控制指令发送至所述第二内核112，所述第二内核112根据控制指令及对应的所述第一伺服节点21，计算每一个所述第一伺服节点21对应的执行指令，并分发至对应的所述第一伺服节点21。运行Linux系统的第一内核111负责与外界的通信和交互，接收指令和参数等。运行RTOS系统的第二内核112用于根据从第一内核111接收到的数据进行处理，以生成每一个第一伺服节点21的对应的执行指令，上述执行指令可以是指伺服指令。第二内核112将生成的执行指令通过网络发送至对应的第一伺服节点21。
进一步地，上述过程中Linux系统与RTOS系统之间需要进行数据传递，然而不同系统之间数据交互依然存在不兼容问题。为了解决这一问题，在本发明实施例中，如图3所示，第一控制节点11包括共享存储区域113。所述第一内核111将需向所述第二内核112发送的数据按照预设的协议转换为传送数据，并存放于所述共享存储区域113。所述第一内核111提醒所述第二内核112从所述共享存储区域113中的对应位置取出所述传送数据。也就是，通过预设的协议可以将Linux系统发送的数据转换为RTOS系统可识别的数据。当然还可以通过预设的协议将RTOS系统发送的数据转换为Linux系统可识别的数据。
在本发明实施例中，第一控制节点11按照预设的时间间隔获取所述第一伺服节点21及对应的执行设备30的工作状态数据。若所述第一控制节点11获取到的工作状态数据属于异常状态数据，则启动异常警示工作。可选地，判定工作状态数据属于异常状态数据的方式：可以是根据伺服节点20或对应的执行设备30反馈的工作状态数据与预期的工作状态数据进行比较，进而判定是否属于异常状态数据。还可以是根据伺服节点20或对应的执行设备30反馈的工作状态数据中是否包括异常信息进行判定。可选地，上述异常警示工作可以是通过在第一控制节点11的显示单元展示异常状态数据所对应的设备的标识，例如，一个伺服节点20向第一控制节点11反馈的工作状态数据属于异常状态数据，则在显示单元上展示该伺服节点20的标识信息，方便维护人员对其进行检修。
可选地，第二控制节点12包括运行Linux系统的第三内核及运行RTOS系统的第四内核，所述第三内核用于接收控制指令，并将接收到的所述控制指令发送至所述第四内核，所述第四内核根据控制指令及对应的所述第二伺服节点22，计算每一个所述第二伺服节点22对应的执行指令，并分发至对应的所述第二伺服节点22。运行Linux系统的第三内核负责与外界的通信和交互，接收指令和参数等。运行RTOS系统的第四内核用于根据从第三内核接收到的数据进行处理，以生成每一个第二伺服节点22的对应的执行指令，上述执行指令可以是指伺服指令。第四内核将生成的执行指令通过网络发送至对应的第二伺服节点22。
进一步地，第二控制节点12也包括共享存储区域113。所述第三内核将需向所述第四内核发送的数据按照预设的协议转换为传送数据，并存放于所述共享存储区域113。需要说明的是，该预设的协议可以将Linux系统发送的数据转换为RTOS系统可识别的数据。所述第三内核将传送数据放入共享存储区域113后，向第四内核发送触发指令，以提醒所述第四内核从所述共享存储区域113中的对应位置取出该传送数据。
在本发明实施例中，所述第二控制节点12按照预设的时间间隔获取所述第二伺服节点22及对应的执行设备30的工作状态数据，若所述第二控制节点12获取到的所述工作状态数据属于异常状态数据，则启动异常警示工作。
在本发明实施例中，上述伺服节点20为对称双核架构。该伺服节点20对应的两个内核均用于运行RTOS系统。在伺服节点20接收到执行指令后，依据两个内核的系统资源占用情况，按照预设的任务分配算法进行任务分配。
在本发明实施例中，上述执行设备30可以是控制电机，也可以是IO设备。
第二实施例
请参考图4，图4为本发明较佳实施例提供的一种分布式多节点控制方法的步骤流程图。该分布式多节点控制方法应用于上述的分布式多节点控制系统100。
如图4所示，上述分布式多节点控制方法包括以下步骤：
步骤S101，第一控制节点11的第一内核111接收到用户操作产生的控制指令。
步骤S102，所述第一内核111将接收到的所述控制指令发送至所述第二内核112。
在本实施例中，可以是第一内核111先将控制指令按照预设的协议转换为第二内核112可识别的传递数据再存放于共享存储区域113，再由第一内核111触发第二内核112从该共享存储区域113中获取转化为可识别的传递数据的控制指令。
步骤S103，第二内核112根据控制指令及对应的第一伺服节点21，计算每一个所述第一伺服节点21对应的执行指令。
步骤S104，所述第二内核112将所述执行指令分别发送至对应的所述第一伺服节点21。
步骤S105，所述第一伺服节点21根据接收到的所述执行指令控制对应的所述执行设备30的工作状态。
需要说明的是，所有控制节点10接收到用户操作产生的控制指令或参数等处理流程与上述步骤基本相同，在此不再赘述。
进一步地，如图5所示，上述分布式多节点控制方法还可以包括以下步骤：
步骤S201，所述调度控制节点40按照预设的时间间隔获取所述第一控制节点11与所述第二控制节点12的工作状态信息。
在本发明实施例中，上述工作状态信息可以是指控制节点10的系统资源占用信息、负载信息等。
步骤S202，所述调度控制节点40依据所述工作状态信息调整所述第一控制节点11对应的所述第一伺服节点21的数量及所述第二控制节点12对应的所述第二伺服节点22的数量。
进一步地，上述分布式多节点控制方法还可以包括：第一控制节点11按照预设的时间间隔获取所述第一伺服节点21工作状态数据，若所述第一控制节点11获取到的所述工作状态数据属于异常状态数据，则启动对该第一伺服节点21相关的异常警示工作。第一控制节点11按照预设的时间间隔通过第一伺服节点21获取执行设备30的工作状态数据，若获取到的该工作状态数据属于异常状态数据，则启动对该执行设备30相关的异常警示工作。第二控制节点12按照预设的时间间隔获取所述第二伺服节点22工作状态数据，若所述第二控制节点12获取到的所述工作状态数据属于异常状态数据，则启动对该第二伺服节点22相关的异常警示工作。第二控制节点12按照预设的时间间隔通过第二伺服节点22获取对应的执行设备30的工作状态数据，若获取到的该工作状态数据属于异常状态数据，则启动对该执行设备30相关的异常警示工作。从而，在运行期间，如果有某个节点出现故障，可以直接使用新的相同类型的节点进行替换，不需进行整机替换，进行重新配置之后，就可继续运行，方便，节约成本。然后将被替换掉的节点进行故障排查，这样做的好处是，不影响生产，降低维护成本。
综上所述，本发明提供的一种分布式多节点控制系统及方法，所述分布式多节点控制系统包括：第一控制节点、第二控制节点、多个伺服节点及执行设备，所述第一控制节点与所述第二控制节点分别与所述多个伺服节点通信连接，所述伺服节点与所述执行设备电性连接，用于控制对应的所述执行设备的工作状态；所述第一控制节点用于控制所述多个伺服节点中的至少一个第一伺服节点的工作状态，所述第二控制节点用于控制控制所述多个伺服节点中的至少一个第二伺服节点的工作状态。通过多个控制节点分担实时的运算量，从而实现分布式的控制，加快运算速度。且这种多节点协调配合的系统，便于维修，节约维修成本。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分布式多节点控制系统，其特征在于，所述分布式多节点控制系统包括：第一控制节点、第二控制节点、多个伺服节点及执行设备，所述第一控制节点与所述第二控制节点分别与所述多个伺服节点通信连接，所述伺服节点与所述执行设备电性连接，用于控制对应的所述执行设备的工作状态；所述第一控制节点用于控制所述多个伺服节点中的至少一个第一伺服节点的工作状态，所述第二控制节点用于控制控制所述多个伺服节点中的至少一个第二伺服节点的工作状态。
2.如权利要求1所述的分布式多节点控制系统，其特征在于，所述分布式多节点控制系统还包括调度控制节点，所述调度控制节点分别与所述第一控制节点与所述第二控制节点通信连接；所述调度控制节点用于按照预设的时间间隔获取所述第一控制节点与所述第二控制节点的工作状态信息，并依据所述工作状态信息调整所述第一控制节点对应的所述第一伺服节点的数量及所述第二控制节点对应的所述第二伺服节点的数量。
3.如权利要求1所述的分布式多节点控制系统，其特征在于，所述第一控制节点及第二控制节点均为非对称双核架构。
4.如权利要求3所述的分布式多节点控制系统，其特征在于，所述第一控制节点包括运行Linux系统的第一内核及运行RTOS系统的第二内核，所述第一内核用于接收控制指令，并将接收到的所述控制指令发送至所述第二内核，所述第二内核根据控制指令及对应的所述第一伺服节点，计算每一个所述第一伺服节点对应的执行指令，并分发至对应的所述第一伺服节点。
5.如权利要求4所述的分布式多节点控制系统，其特征在于，所述第一控制节点包括共享存储区域，所述第一内核将需向所述第二内核发送的数据按照预设的协议转换为传送数据，并存放于所述共享存储区域；所述第一内核提醒所述第二内核从所述共享存储区域中的对应位置取出所述传送数据。
6.如权利要求1所述的分布式多节点控制系统，其特征在于，所述伺服节点为对称双核架构，对应的双核均用于运行RTOS系统。
7.如权利要求1所述的分布式多节点控制系统，其特征在于，所述第一控制节点按照预设的时间间隔获取所述第一伺服节点及对应的执行设备的工作状态数据，若所述第一控制节点获取到的所述工作状态数据属于异常状态数据，则启动异常警示工作；所述第二控制节点按照预设的时间间隔获取所述第二伺服节点及对应的执行设备的工作状态数据，若所述第二控制节点获取到的所述工作状态数据属于异常状态数据，则启动异常警示工作。
8.如权利要求1所述的分布式多节点控制系统，其特征在于，所述执行设备包括控制电机及IO设备。
9.一种分布式多节点控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一项所述的分布式多节点控制系统；所述第一控制节点包括第一内核及第二内核，所述方法包括：
所述第一内核接收控制指令；
所述第一内核将接收到的所述控制指令发送至所述第二内核；
所述第二内核根据控制指令及对应的所述第一伺服节点，计算每一个所述第一伺服节点对应的执行指令；
所述第二内核将所述执行指令分别发送至对应的所述第一伺服节点；
所述第一伺服节点根据接收到的所述执行指令控制对应的所述执行设备的工作状态。
10.如权利要求9所述的分布式多节点控制方法，其特征在于，所述分布式多节点控制系统还包括调度控制节点，所述调度控制节点分别与所述第一控制节点与所述第二控制节点通信连接；所述方法还包括：
所述调度控制节点按照预设的时间间隔获取所述第一控制节点与所述第二控制节点的工作状态信息；
所述调度控制节点依据所述工作状态信息调整所述第一控制节点对应的所述第一伺服节点的数量及所述第二控制节点对应的所述第二伺服节点的数量。
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