CN109613873A - 控制设备及系统 - Google Patents

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胡飞鹏
胡余生
钟成堡
王长恺
殷伟豪
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/24—Pc safety
    • G05B2219/24215—Scada supervisory control and data acquisition

Abstract

本发明实施例涉及一种控制设备及系统，所述设备包括：主处理器和辅助处理器；所述主处理器与所述辅助处理器连接，用于生成控制至少一个对象的控制数据集，并将所述控制数据集发送给所述辅助处理器；所述辅助处理器，用于利用实时工业以太网主站协议将所述控制数据集进行并行转换处理，得到至少一个控制所述对象的控制指令，并将所述控制指令通过以太网接口发送给至少一个所述对象。在辅助处理器上运行实时工业以太网主站协议，并且辅助处理器的并行处理方式相对于主处理器串行处理的方式，效率更高，实时性更高，减少了因串行处理造成的时间抖动，进而实现实时精准地控制对象。

Description

控制设备及系统
技术领域
本发明实施例涉及机器人控制领域，尤其涉及一种控制设备及系统。
背景技术
目前的机器人控制方式主要通过处理器向伺服驱动发送控制指令，进而控制机器人的电机，实现对机器人的控制，随着机器人技术的发展，机器人的执行操作变得复杂多样，相应地控制指令也变得复杂。
处理器的实时工业以太网主站因实时处理控制指令时，会占用处理器较多资源，并且一般处理器通常采用串行处理的方式，由此降低了处理器的能力，导致处理器与机器人之间在时间上的抖动较长，影响机器人的精准控制。
发明内容
鉴于此，为解决上述技术问题或部分技术问题，本发明实施例提供一种控制设备及系统。
第一方面，本发明实施例提供一种控制设备，包括：
主处理器和辅助处理器；
所述主处理器与所述辅助处理器连接，用于生成控制至少一个对象的控制数据集，并将所述控制数据集发送给所述辅助处理器；
所述辅助处理器，用于利用实时工业以太网主站协议将所述控制数据集进行并行转换处理，得到至少一个控制所述对象的控制指令，并将所述控制指令通过以太网接口发送给至少一个所述对象。
在一个可能的实施方式中，所述主处理器设置有外设部件互连标准PCI接口，或高速串行计算机扩展总线标准PCIe接口。
在一个可能的实施方式中，所述主处理器的所述PCI接口或PCIe接口与所述辅助处理器的I/O接口连接；
所述主处理器与所述辅助处理器之间采用PCI协议或PCIe协议进行数据传输。
在一个可能的实施方式中，所述辅助处理器包括：现场可编程门阵列FPGA。
在一个可能的实施方式中，所述控制设备为双核异构的SOC芯片。
在一个可能的实施方式中，所述双核异构的SOC芯片中的所述主处理器的I/O接口与所述辅助处理器的I/O接口连接。
第二方面，本发明实施例提供一种控制系统，包括：上述第一方面任一项所述的控制设备。
在一个可能的实施方式中，所述系统还包括：至少一个伺服从站；
所述伺服从站，用于通过实时工业以太网从所述辅助处理器的以太网接口接收控制指令。
在一个可能的实施方式中，所述伺服从站与目标对象的电机连接，通过所述控制指令控制所述电机。
在一个可能的实施方式中，所述目标对象包括：机器人。
本发明实施例提供的控制设备及系统，包括主处理器和辅助处理器，且主处理器和辅助处理器之间采用PCI协议或PCIe协议进行数据传输，传输时间更快、效率更高，更能符合实时性需求，通过辅助处理器分担主处理器的部分工作(实时工业以太网主站对应的处理内容)，降低了主处理器的资源占有率；在辅助处理器上运行实时工业以太网主站协议，并且辅助处理器的并行处理方式相对于主处理器串行处理的方式，效率更高，实时性更高，减少了因串行处理造成的时间抖动，进而实现实时精准地控制对象的各项操作。
附图说明
图1为本发明提供的一种控制设备的结构示意图；
图2为本发明提供的另一种控制设备的结构示意图；
图3为本发明提供的又一种控制设备的结构示意图；
图4为本发明提供的一种控制系统的结构示意图；
图5为本发明实施例一提供的控制系统的结构示意图；
图6为本发明实施例二提供的控制系统的结构示意图；
图7为本发明实施例三提供的控制系统的结构示意图；
图8为本发明实施例四提供的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。
图1为本发明提供的一种控制设备的结构示意图，如图1所示，该设备具体包括：
主处理器11和辅助处理器12；
所述主处理器11与所述辅助处理器12连接，用于生成控制至少一个对象的控制数据集，并将所述控制数据集发送给所述辅助处理器12；
所述辅助处理器12，用于利用实时工业以太网主站协议将所述控制数据集进行并行转换处理，得到至少一个控制所述对象的控制指令，并将所述控制指令通过以太网接口发送给至少一个所述对象。
在本发明实施例的一可选方案中，参照图2，示出了本发明提供的另一种控制设备的结构示意图，在主处理器11上设置有标准接口111，在辅助处理器12上设置有I/O接口121，主处理器11的标准接口111与辅助处理器12上设置有I/O接口121连接。
进一步地，标准接口111可以是，但不限于：外设部件互连标准(PeripheralComponent Interconnect，PCI)接口，或高速串行计算机扩展总线标准(PeripheralComponent Interconnect express，PCIe)接口。
可以理解为：在主处理器11与辅助处理器12之间，采用PCI协议或PCIe协议进行数据传输。
在本发明实施例的一可选方案中，主处理器11可以是，但不限于：X86、进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machines，ARM)或微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)。
在本发明实施例的一可选方案中，辅助处理器12可以是，但不限于：现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)。
需要说明的是，控制设备可以包括两块单独的芯片，具体为：主处理器11和辅助处理器12，在控制设备包括两块单独的芯片时，如图1或图2所示，二者通过PCI协议或PCIe协议进行数据传输。
在本发明实施例的一可选方案中，参照图3，示出了本发明提供的又一种控制设备的结构示意图，控制设备还可以是双核异构的SOC芯片，可以理解为主处理器11和辅助处理器12集成与一块芯片上，只需将主处理器11的I/O接口与辅助处理器12的I/O接口连接，即可实现主处理器11和辅助处理器12之间的数据交互。
本发明实施例提供的控制设备及系统，包括主处理器和辅助处理器，且主处理器和辅助处理器之间采用PCI协议或PCIe协议进行数据传输，传输时间更快、效率更高，更能符合实时性需求，通过辅助处理器分担主处理器的部分工作(实时工业以太网主站对应的处理内容)，降低了主处理器的资源占有率；在辅助处理器上运行实时工业以太网主站协议，并且辅助处理器的并行处理方式相对于主处理器串行处理的方式，效率更高，实时性更高，减少了因串行处理造成的时间抖动，进而实现实时精准地控制对象的各项操作。
图4为本发明提供的一种控制系统的结构示意图，如图4所示，该系统包括：
控制设备10和至少一个伺服从站13。
进一步地，控制设备10可以采用图1-图3中所示的单独的芯片的设计，或还可以采用双核异构的SOC芯片的设计，可根据实际需求进行设定，对此，本实施例不作具体限定。
在本发明实施例的一可选方案中，控制设备10中的辅助处理12上设置有以太网接口122，辅助处理12通过以太网接口122将控制指令发送给至少一个伺服从站13。
进一步地，伺服从站13根据控制指令控制与其连接的目标对象的电机，进而通过控制电机控制目标对象。
在本发明实施例的一可选方案中，目标对象可以是，但不限于：机器人、无人机或工业设备等。
例如，目标对象为：六轴机器人，伺服从站的个数为6个；对于伺服从站的个数可根据目标对象的类型进行确定，对此，本实施例不作具体限定。
图5为本发明实施例一提供的控制系统的结构示意图，如图5所示，该控制系统采用单独的芯片的设计的控制设备10，且主处理器11采用X86，辅助处理器12采用FPGA，X86上设置有标准接口111(PCI接口或PCIe接口)，标准接口111与FPGA上的I/O接口121连接，X86与FPGA之间采用采用PCI协议或PCIe协议进行数据传输；FPGA通过以太网接口122将控制指令发送给至少一个伺服从站13。
图6为本发明实施例二提供的控制系统的结构示意图，如图6所示，该控制系统采用单独的芯片的设计的控制设备10，且主处理器11采用ARM，辅助处理器12采用FPGA，ARM上设置有标准接口111(PCI接口或PCIe接口)，标准接口111与FPGA上的I/O接口121连接，X86与FPGA之间采用采用PCI协议或PCIe协议进行数据传输；FPGA通过以太网接口122将控制指令发送给至少一个伺服从站13。
图7为本发明实施例三提供的控制系统的结构示意图，如图7所示，该控制系统采用双核异构的SOC芯片的设计的控制设备10，且主处理器11采用X86，辅助处理器12采用FPGA，X86的I/O接口与FPGA的I/O接口连接，FPGA通过以太网接口122将控制指令发送给至少一个伺服从站13。
图8为本发明实施例三提供的控制系统的结构示意图，如图8所示，该控制系统采用双核异构的SOC芯片的设计的控制设备10，且主处理器11采用ARM，辅助处理器12采用FPGA，ARM的I/O接口与FPGA的I/O接口连接，FPGA通过以太网接口122将控制指令发送给至少一个伺服从站13。
需要说明的是，图5-8分别以主处理器为X86或ARM为例进行介绍，除X86或ARM外，还可以采用其它形式的处理器(如，MCU)代替主处理器，可根据实际需求进行设定，对此，本实施例不作具体限定。
本实施例提供的控制系统，通过在主处理器侧设置辅助处理器，主处理器和辅助处理器之间采用PCI协议或PCIe协议进行数据传输，传输时间更快、效率更高，更能符合实时性需求，通过辅助处理器分担主处理器的部分工作(实时工业以太网主站对应的处理内容)，降低了主处理器的资源占有率；在辅助处理器上运行实时工业以太网主站协议，并且辅助处理器的并行处理方式相对于主处理器串行处理的方式，效率更高，实时性更高，减少了因串行处理造成的时间抖动，进而实现实时精准地控制机器人。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制设备，其特征在于，包括：
主处理器和辅助处理器；
所述主处理器与所述辅助处理器连接，用于生成控制至少一个对象的控制数据集，并将所述控制数据集发送给所述辅助处理器；
所述辅助处理器，用于利用实时工业以太网主站协议将所述控制数据集进行并行转换处理，得到至少一个控制所述对象的控制指令，并将所述控制指令通过以太网接口发送给至少一个所述对象。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述主处理器设置有外设部件互连标准PCI接口，或高速串行计算机扩展总线标准PCIe接口。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述主处理器的所述PCI接口或PCIe接口与所述辅助处理器的I/O接口连接；
所述主处理器与所述辅助处理器之间采用PCI协议或PCIe协议进行数据传输。
4.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其特征在于，所述辅助处理器包括：现场可编程门阵列FPGA。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制设备为双核异构的SOC芯片。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述双核异构的SOC芯片中的所述主处理器的I/O接口与所述辅助处理器的I/O接口连接。
7.一种控制系统，其特征在于，包括：如权利要求1-6任一项所述的控制设备。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：至少一个伺服从站；
所述伺服从站，用于通过实时工业以太网从所述辅助处理器的以太网接口接收控制指令。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述伺服从站与目标对象的电机连接，通过所述控制指令控制所述电机。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述目标对象包括：机器人。
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