[发明专利]非标数字装备可重构通用控制器的实现方法

说明书

【技术领域】：

本发明属于先进制造技术和运动控制技术领域，具体涉及一种非标数字装备可重构通用控制器的实现方法。

【背景技术】：

非标数字装备操作机是由若干连杆通过转动或移动关节串联而成，可看成一个开式运动链。开链的一端固定在基座上，另一端为末端执行器，用以操作物体，完成各种作业。非标数字装备控制器是非标数字装备系统中最关键、最重要的部分。现有的非标数字装备操作机控制器多是专用控制器，为封闭式结构，只能是适用于单一运动学模型的单一控制器，一旦控制结构改变就要重新设计控制器，不具通用性、互换性和可重构能力。虚拟仪器技术的应用使得如LabView等组态软件可以构建模块化的控制系统，但对用户有特殊要求的控制系统，采用LabView就难以实现或实现成本过高。且虚拟仪器技术仅仅实现了软件可重构，在硬件方面还未实现“即插即用”的效果。因此，研究一种模块化、可重构的，满足用户不同需求的非标数字装备通用控制器具有重要意义。

【发明内容】：

本发明的目的是克服现有非标数字装备控制器不具通用性、互换性和可重构能力的问题，提供一种非标数字装备可重构通用控制器的实现方法。实现非标数字装备控制器的通用化，使得如自动化专机、生产线、立体仓库、包装机、涂胶机、自动焊机、检测设备、2-3自由度搬运机械手等非标数字装备的控制器具有通用性、互换性和可重构能力。

本发明提供的非标数字装备可重构通用控制器的实现方法是：

第一、基于FPGA(Field Programmable Gate Array)构建非标数字装备通用控制器硬件结构，实现硬件可重构。控制器软件内嵌非标数字装备操作机参数化运动学模型库包括RR、PP、RP、PR、RRR、RRP、RPR、RPP、PPR、PPP、PRR、PRP(P-表示移动关节，R-表示旋转关节)十二种参数化运动学模型。该模型库具备了参数化的特征，满足了非标数字装备操作机控制器具备通用性的要求。

第二、基于PCL6045B实现非标数字装备通用控制器运动控制模块；

第三、参数化的运动学模型由控制器调用，进而实现非标数字装备操作机的轨迹规划，完成非标数字装备操作机的运动控制。

本发明提供的可重构通用控制器内嵌参数化运动学模型库，不是针对某一台非标数字装备操作机，而是针对非标数字装备操作机建立的一种抽象操作机运动学模型。参数输入包括自由度、连杆、关节运动副的参数。在该抽象运动学模型中，自由度数既可能为1个，也可能是2个或3个，任何一个运动关节既可能是移动关节，也可能是旋转关节。用户可以选择操作机运动学模型，并进行自由度、连杆、关节运动副的结构参数输入。如3自由度运动学模型可以选择的结构类型有8种，分别为RRR、RRP、RPR、RPP、PPR、PPP、PRR、PRP。

本发明可重构通用控制器硬件结构以工控机为上位机，基于FPGA(FieldProgrammable Gate Array)扩展了下位机板卡，系统实时任务由FPGA完成，并且根据需要对FPGA进行任务配置，实现控制器的通用性。以VC++6.0平台构建了开放式模块化控制系统软件，软件结构分为人机界面层与下位机驱动层，通过动态链接进行通信，可根据需要更换不同品牌硬件，实现不同品牌硬件的互换性。

本发明的优点和积极效果：

本发明提供了非标数字装备可重构通用控制器实现方法。本发明具有以下技术效果：

(1)本发明提出的方法使得非标数字装备控制器具有通用性，根据非标数字装备操作机形式的不同，只须在人机交互界面选择对应的运动学模型并输入D-H参数即可。

(2)当非标数字装备操作机某关节损坏时，控制器可自动识别该关节，并自动选择运动学模型完成任务，具有一定的容错能力。

(3)当非标数字装备操作机结构改变时，只须在选择对应的运动学模型并输入D-H参数即可，应用本方法的控制器拥有可重构能力。

(4)本发明可用于非标数字装备的控制，也可用于其它运动控制系统。

【附图说明】：

图1硬件系统结构；

图2运动控制模块架构设计；

图3非标数字装备操作机控制器结构示意图。

【具体实施方式】：

实施例1：

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：

1、硬件系统设计