CN204143223U - 一种运动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种运动控制系统，包括运动控制器、示教器、通信模件、IO扩展卡、视觉设备、PC、伺服系统；所述的运动控制器设有外设接口和伺服系统接口；示教器、通信模件、视觉设备、PC通过外设接口与运动控制器通信连接；伺服系统通过伺服系统接口与运动控制器连接；所述的IO扩展卡与通信模件连接。本实用新型通过交换网络实现了机器人外设的网络接口统一，外设可扩展性和模块化设计；双核或多核处理器设计实现了高效的运动控制和丰富的外设扩展的有效结合，提高系统可靠性,降低了系统复杂度。

Description

一种运动控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种运动控制系统。

背景技术

随着工业自动化水平的不断提高，在结构的工业现场环境中机器人的使用越来越广泛。工业机器人大多是4-6轴，并且有的还可以扩展轴，一般运动控制系统的多轴的协调运动控制部分对实时性和运动算法计算速度有很高的要求，因此需要单独的运动控制单元。而机器人的示教器，视觉和IO等其他外部通信接口，还需要额外的数据处理单元。目前大部分运动控制器的运动控制单元和数据处理单元是在不同的电路板完成，这两部分电路还要涉及数据交互，因此还要设计数据交互接口，因此系统结构复杂，系统复杂度增加必然导致成本高，可靠性降低。并且由于机器人控制系统结构相对封闭，难以根据需要对系统进行扩展，例如增加机器人传感器等功能模块。

发明内容

为了解决运动控制系统结构复杂和扩展性的问题，本实用新型的目的是提供一种运动控制系统，该运动控制系统包含高性能双核或多核处理器，多个核心通过共享内存来实现数据交互，避免了运动控制系统中运动控制单元和外设数据通信单元通过扩展总线的方式实现数据交互，因此降低了系统复杂度，提高可靠性；通过高速总线连接交换网络，由交换网路扩展多路以太网接口，实现了系统的可扩展性。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种运动控制系统，其特征在于：该系统包括运动控制器、示教器、通信模件、IO扩展卡、视觉设备、PC、伺服系统；所述的运动控制器设有外设接口和伺服系统接口；示教器、通信模件、视觉设备、PC通过外设接口与运动控制器通信连接；伺服系统通过伺服系统接口与运动控制器连接；所述的IO扩展卡与通信模件连接。

本实用新型中，所述的IO扩展卡为一组，可以是一个或多个，通过RS485串行连接所述通信模件；所述的伺服系统为一组，可以是一个或多个，通过以太网或自定义的网络通信方式连接所述的运动控制器。

该运动控制器还包括处理器单元、实时以太网单元、交换网络单元、内存；其中：所述的处理器单元为一个双核或者多核的高性能处理器，该处理器与所述的内存通信连接。所述的处理器单元包括运动控制内核和外设数据通信内核，所述运动控制内核和所述外设数据通信内核共用所述的内存，实现相互通信；所述的处理器单元分别与所述的实时以太网单元和所述的交换网络单元通过全双工高速总线连接。具体为，所述的处理器单元与实时以太网单元通过介质无关接口(MII)进行连接；所述处理器单元与交换网络单元通过串行千兆位介质无关接口(SGMII)进行连接；所述的交换网络单元连接外设接口，该接口由多路百兆以太网接口构成。通常外设接口数量为1-8个，以满足机器人外设设备接入需要为目的，在此统一将通信模件、IO扩展卡、示教器、视觉设备和PC等称为机器人外设。除本实用新型应包括示教器、通信模件、视觉设备、PC外，也可以预留接口，用于机器人外设扩展或其他需要；所述的实时以太网单元连接伺服系统接口。通过上述结构，即：所述处理器单元与交换网络单元通过全双工高速总线连接，以及交换网络单元扩展多路以太网接口，可实现机器人外设数据的分时接收和发送；所述处理器单元与实时以太网单元通过全双工高速总线连接，以及实时以太网单元扩展的伺服系统接口，与伺服系统进行数据实时传输，实现运动控制。

本实用新型包含高性能双核或多核处理器，实时以太网单元，交换网络单元，伺服系统和通信模件、IO扩展卡、示教器、视觉设备等。伺服系统通过实时以太网单元接口连接处理器。通信模件、IO扩展卡、示教器和视觉设备等外设通过交换网络单元连接处理器。双核或多核的处理器采用异构的方式将多核处理器分为处理运动控制的内核和机器人外设数据处理的内核，多个核心通过共享内存来实现数据交互，避免了运动控制系统中运动控制单元和外设数据通信单元通过扩展总线的方式实现数据交互，因此降低了系统复杂度，提高可靠性。在机器人外设数据处理部分，由于以太网应用广泛，机器人外设统一采用以太网接口方便升级扩展，因此处理器通过高速总线连接交换网络，由交换网路扩展多路以太网接口，实现了系统的可扩展性。本实用新型适用于多轴驱动的机器人。

本实用新型具有如下优点：

（1）      采用运动控制器外设接口可以提供1-8个百兆以太网接口，有利于机器人外设扩展，并且外设接口标准化。

（2）      本运动控制系统可以通过通信模件的RS485串行总线扩展多个IO扩展卡。

（3）      本系统不仅可应用于多轴驱动的机器人，也可以应用于自动化生产线或自动化装置。

（4）      实时性的运动控制和机器人外设数据在多核处理器中并行处理，处理器内的运动控制内核和外设数据通信内核通过共享内存来实现数据交互，减少处理器外设扩展，降低系统复杂度。

附图说明

图1是本实用新型的连接示意图。

图2是本实用新型中的运动控制器逻辑电路结构示意图。

具体实施方式

一种运动控制系统，如图1所示，该系统包括运动控制器4、示教器1、通信模件5、IO扩展卡6、视觉设备3、PC2、伺服系统7；运动控制器设有外设接口46和伺服系统接口41；示教器、通信模件、视觉设备、PC通过外设接口与运动控制器通信连接；伺服系统通过伺服系统接口与运动控制器连接；IO扩展卡与通信模件连接。

本运动控制系统的运动控制器4设有扩展的外设接口46，外设接口提供的多路百兆以太网用于机器人外设的连接，IO扩展卡连接通信模件，通信模件通过外设接口与运动控制器进行数据通信。通信模件可以实现IO的可扩展性，IO通道的数量和类型并不受限制，只取决于系统的通信周期。示教器、视觉设备和PC通过外设接口连接运动控制器，机器人外设的种类并不仅限于上述的几种，可以根据系统需要模块化设计开发，这样整个运动控制系统实现了模块化设计和可扩展性。本运动控制系统的运动控制器4设有扩展的伺服系统接口41，伺服系统接口串行连接多个伺服系统，使得本系统可应用于多轴驱动的机器人，也可以应用于自动化生产线或自动化装置。

如图2所示，运动控制器包含处理器单元44，内存43，交换网络单元45以及外设接口46，实时以太网单元42以及伺服驱动器接口41。处理器单元通过千兆介质无关SGMII接口连接交换网络单元，采用千兆接口解决了外设过多通信阻塞的问题，交换网络单元将该接口扩展为1-8个百兆以太网外设接口，这些百兆以太网外设接口分时与千兆接口进行双向通信。机器人外设接口统一采用网络接口，实现整个系统的接口统一，模块化设计。处理器单元与实时以太网单元通过全双工高速总线连接，通过实时以太网单元扩展伺服系统接口，与伺服系统进行数据实时传输，实现运动控制。其中实时以太网单元并不仅仅局限于实时以太网，也可以用于连接实时性要求并不高的非标准以太网协议。

运动控制器将运动控制内核441和外设数据通信内核442处于同一个多核处理器单元44中实现，极大降低了系统复杂度。运动控制内核拥有独立的操作系统和网络介质无关接口，通过该介质无关接口扩展实时以太网单元42用于连接伺服系统7，该运动控制内核441只负责运动控制算法的计算，保证与伺服系统的实时通信。外设数据通信内核442拥有独立的操作系统和网络介质无关接口，通过该介质无关接口扩展交换网络单元45用于连接机器人外设，机器人外设的视觉信息、示教器运动指令和IO数据通过外设数据通信内核442，以共享内存43的方式与运动控制内核441进行通信，然后由运动控制内核441实现运动控制，这样在单个处理器实现了运动控制和数据通信，简化了系统结构，提高了系统可靠性。

Claims (5)

1.一种运动控制系统，其特征在于：该系统包括运动控制器、示教器、通信模件、IO扩展卡、视觉设备、PC、伺服系统；所述的运动控制器设有外设接口和伺服系统接口；示教器、通信模件、视觉设备、PC通过外设接口与运动控制器通信连接；伺服系统通过伺服系统接口与运动控制器连接；所述的IO扩展卡与通信模件连接。

2.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于：所述的IO扩展卡为一组，一组IO扩展卡均通过RS485串行连接通信模件。

3.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于：所述的伺服系统为一组，一组伺服系统通过实时以太网或自定义的网络通信方式与运动控制器连接。

4.根据权利要求1所述的运动控制系统，其特征在于：所述运动控制器包括处理器单元、实时以太网单元、交换网络单元、内存；所述处理器单元为一个双核或者多核的高性能处理器，该处理器与内存连接，与实时以太网单元和交换网络单元通过全双工高速总线连接；交换网络单元连接外设接口，该外设接口由多路百兆以太网接口构成；实时以太网单元连接伺服系统接口。

5.根据权利要求4所述的运动控制系统，其特征在于：所述的处理器单元包括运动控制内核和外设数据通信内核，运动控制内核和外设数据通信内核共用内存。