本發(fā)明屬于工業(yè)機器人控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉一種機器人控制器開放底層位置指令接口的實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

工業(yè)機器人是制造業(yè)皇冠上的明珠，在新一代工業(yè)革命中將發(fā)揮重要的作用。為了在新一代工業(yè)革命中搶占先機，我國提出“智能制造2025”的強國戰(zhàn)略，應(yīng)對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、高品質(zhì)制造和人口老齡化等問題對制造業(yè)帶來的挑戰(zhàn)。特別在我國的廣東省、浙江省等制造業(yè)發(fā)達地區(qū)，紛紛推出了“機器換人”計劃，實現(xiàn)制造業(yè)的換代升級，推動制造業(yè)的發(fā)展。工業(yè)機器人技術(shù)面臨前所未有的政策利好和市場需求。然而，我國工業(yè)機器人市場被kuka、abb、fanuc等幾大巨頭壟斷，導致本土機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展舉步維艱。并且，機器人制造企業(yè)為了保護技術(shù)和市場利益，工業(yè)機器人控制系統(tǒng)極端封閉，不僅增加了企業(yè)開發(fā)與應(yīng)用成本，也限制了工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展。

機器人控制器開放底層位置指令接口對實現(xiàn)特殊的運動要求，融合第三方離線自動編程技術(shù)，進行運動學、軌跡規(guī)劃算法性能對比具有重要意義。然而，目前商品化的機器人控制系統(tǒng)均采用封閉結(jié)構(gòu)的專用控制器，一般采用專用計算機作為上層主控計算機，使用專用機器人語言作為離線編程工具，采用專用微處理器，并將控制算法固化在eeprom中。這種專用系統(tǒng)很難保證對第三方平臺提供的位置指令的支持。dspace等快速控制原型開發(fā)系統(tǒng)，雖然提供了通用的硬件平臺，但是軟件還是需要從底層搭起，時間成本代價高。所以需要一種開放式的機器人控制器能夠提供對底層位置指令的支持。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服機器人專用控制器的底層位置指令接口封閉的問題，本發(fā)明提出了一種機器人控制器開放底層位置指令接口的實現(xiàn)方法。第三方位置指令從傳輸方式上來講可分為在線和離線，從指令意義上來講可分為任務(wù)空間位姿指令和關(guān)節(jié)空間位置指令。開放式機器人控制器的底層位置指令接口對這些傳輸方式和指令意義都應(yīng)當支持。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的機器人控制器開放底層位置指令接口的實現(xiàn)方法主要包括以下步驟:

第三方任務(wù)空間軌跡規(guī)劃位姿節(jié)點序列數(shù)據(jù)文件傳輸。

第三方平臺將任務(wù)空間軌跡規(guī)劃的位姿節(jié)點序列寫入存儲模塊ram/rom中，fpga中的存儲器接口模塊在控制總線a的作用下將ram/rom中的任務(wù)空間位姿節(jié)點序列讀取到高速緩存模塊blockram中。主cpu設(shè)置控制參數(shù)，通過fpga內(nèi)部總線a將存儲在blockram中的位姿節(jié)點序列讀取到主cpu逆運動學求解器中進行逆運動學求解，將位姿節(jié)點序列轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角序列，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角序列通過軌跡規(guī)劃模塊的關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃轉(zhuǎn)換成驅(qū)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)位置序列，并傳送給位置控制模塊實現(xiàn)各關(guān)節(jié)的運動控制。同時主cpu通過fpga內(nèi)部總線a將關(guān)節(jié)位置序列寫入關(guān)節(jié)位置控制指令模塊，輔cpu可通過內(nèi)部總線b從關(guān)節(jié)位置控制指令模塊中讀取到當前的關(guān)節(jié)位置控制指令。

第三方關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列數(shù)據(jù)文件傳輸。

第三方平臺將關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃的離散關(guān)節(jié)位置序列寫入存儲模塊ram/rom中，主cpu設(shè)置控制參數(shù)，通過fpga中的存儲器接口模塊將存儲在ram/rom中的離散關(guān)節(jié)位置序列讀取到高速緩存模塊blockram中，主cpu通過內(nèi)部總線a讀取高速緩存模塊blockram中的離散關(guān)節(jié)位置序列，并傳送給位置控制模塊實現(xiàn)各關(guān)節(jié)的運動控制。同時主cpu通過fpga內(nèi)部總線a將關(guān)節(jié)位置序列寫入關(guān)節(jié)位置控制指令模塊，輔cpu可通過內(nèi)部總線b從關(guān)節(jié)位置控制指令模塊中讀取到當前的關(guān)節(jié)位置控制指令。

第三方任務(wù)空間軌跡規(guī)劃位姿節(jié)點序列在線傳輸。

第三方平臺將任務(wù)空間軌跡規(guī)劃的位姿節(jié)點序列通過輔cpu寫入fpga的高速緩存模塊blockram中，主cpu設(shè)置控制參數(shù)，通過fpga內(nèi)部總線a將存儲在blockram中的位姿節(jié)點序列讀取到主cpu逆運動學求解器中進行逆運動學求解，將位姿節(jié)點序列轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角序列，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角序列通過軌跡規(guī)劃模塊的關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃轉(zhuǎn)換成驅(qū)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)位置序列，并傳送給位置控制模塊實現(xiàn)各關(guān)節(jié)的運動控制。同時主cpu通過fpga內(nèi)部總線a將關(guān)節(jié)位置序列寫入關(guān)節(jié)位置控制指令模塊，輔cpu可通過內(nèi)部總線b從關(guān)節(jié)位置控制指令模塊中讀取到當前的關(guān)節(jié)位置控制指令。

第三方關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列在線傳輸。

第三方平臺將關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃的關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列通過輔cpu寫入fpga的高速緩存模塊blockram中，主cpu通過內(nèi)部總線a讀取高速緩存模塊blockram中的關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列，并傳送給位置控制模塊實現(xiàn)各關(guān)節(jié)的運動控制。同時主cpu通過fpga內(nèi)部總線a將關(guān)節(jié)位置序列寫入關(guān)節(jié)位置控制指令模塊，輔cpu可通過內(nèi)部總線b從關(guān)節(jié)位置控制指令模塊中讀取到當前的關(guān)節(jié)位置控制指令。

本發(fā)明具有以下有益效果：

第三方任務(wù)空間軌跡規(guī)劃位姿節(jié)點序列數(shù)據(jù)文件傳輸和第三方關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列數(shù)據(jù)文件傳輸采用文件傳輸方式，將數(shù)據(jù)傳送到控制系統(tǒng)存儲器，其優(yōu)點是可以將其控制過程定義為一種特定的工作功能模塊，被主cpu任意調(diào)用，用于產(chǎn)品開發(fā)，實現(xiàn)特殊運動需求；第三方任務(wù)空間軌跡規(guī)劃位姿節(jié)點序列在線傳輸方式和第三方關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列在線傳輸方式采用輔cpu聯(lián)系接收軌跡數(shù)據(jù)來實現(xiàn)機器人的運動控制，主要用于研究工作，可以實現(xiàn)不同運動學模型、運動求解算法的對比研究，方便快捷。

附圖說明

圖1為底層位置指令開放接口控制原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

本發(fā)明所述的機器人控制器底層位置指令接口開放的實現(xiàn)方法，主要包括以下步驟：

第三方任務(wù)空間軌跡規(guī)劃位姿節(jié)點序列數(shù)據(jù)文件傳輸。

這種模式主要應(yīng)用在第三方任務(wù)空間軌跡規(guī)劃離線數(shù)據(jù)的傳輸中，第三方平臺將任務(wù)空間軌跡規(guī)劃的位姿節(jié)點序列寫入存儲模塊ram/rom中，fpga中的存儲器接口模塊在控制總線a的作用下將ram/rom中的任務(wù)空間位姿節(jié)點序列讀取到高速緩存模塊blockram中。主cpu設(shè)置控制參數(shù)，通過fpga內(nèi)部總線a將存儲在blockram中的位姿節(jié)點序列讀取到主cpu逆運動學求解器中進行逆運動學求解，將位姿節(jié)點序列轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角序列，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角序列通過軌跡規(guī)劃模塊的關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃轉(zhuǎn)換成驅(qū)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)位置序列，并傳送給位置控制模塊實現(xiàn)各關(guān)節(jié)的運動控制。同時主cpu通過fpga內(nèi)部總線a將關(guān)節(jié)位置序列寫入關(guān)節(jié)位置控制指令模塊，輔cpu可通過內(nèi)部總線b從關(guān)節(jié)位置控制指令模塊中讀取到當前的關(guān)節(jié)位置控制指令。

第三方關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列數(shù)據(jù)文件傳輸。

這種模式主要應(yīng)用在第三方關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃離線數(shù)據(jù)的傳輸中。第三方平臺將關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃的離散關(guān)節(jié)位置序列寫入存儲模塊ram/rom中，主cpu設(shè)置控制參數(shù)，通過fpga中的存儲器接口模塊將存儲在ram/rom中的離散關(guān)節(jié)位置序列讀取到高速緩存模塊blockram中，主cpu通過內(nèi)部總線a讀取高速緩存模塊blockram中的離散關(guān)節(jié)位置序列，并傳送給位置控制模塊實現(xiàn)各關(guān)節(jié)的運動控制。同時主cpu通過fpga內(nèi)部總線a將關(guān)節(jié)位置序列寫入關(guān)節(jié)位置控制指令模塊，輔cpu可通過內(nèi)部總線b從關(guān)節(jié)位置控制指令模塊中讀取到當前的關(guān)節(jié)位置控制指令。

第三方任務(wù)空間軌跡規(guī)劃位姿節(jié)點序列在線傳輸。

這種模式主要應(yīng)用在第三方任務(wù)空間軌跡規(guī)劃在線數(shù)據(jù)的傳輸中。第三方平臺將任務(wù)空間軌跡規(guī)劃的位姿節(jié)點序列通過輔cpu寫入fpga的高速緩存模塊blockram中，主cpu設(shè)置控制參數(shù)，通過fpga內(nèi)部總線a將存儲在blockram中的位姿節(jié)點序列讀取到主cpu逆運動學求解器中進行逆運動學求解，將位姿節(jié)點序列轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角序列，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角序列通過軌跡規(guī)劃模塊的關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃轉(zhuǎn)換成驅(qū)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的關(guān)節(jié)位置序列，并傳送給位置控制模塊實現(xiàn)各關(guān)節(jié)的運動控制。同時主cpu通過fpga內(nèi)部總線a將關(guān)節(jié)位置序列寫入關(guān)節(jié)位置控制指令模塊，輔cpu可通過內(nèi)部總線b從關(guān)節(jié)位置控制指令模塊中讀取到當前的關(guān)節(jié)位置控制指令。

第三方關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列在線傳輸。

這種模式主要應(yīng)用在第三方關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃在線數(shù)據(jù)的傳輸中。第三方平臺將關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃的關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列通過輔cpu寫入fpga的高速緩存模塊blockram中，主cpu通過內(nèi)部總線a讀取高速緩存模塊blockram中的關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列，并傳送給位置控制模塊實現(xiàn)各關(guān)節(jié)的運動控制。同時主cpu通過fpga內(nèi)部總線a將關(guān)節(jié)位置序列寫入關(guān)節(jié)位置控制指令模塊，輔cpu可通過內(nèi)部總線b從關(guān)節(jié)位置控制指令模塊中讀取到當前的關(guān)節(jié)位置控制指令。

實施例一

參考圖1，以第三方任務(wù)空間軌跡規(guī)劃位姿節(jié)點序列數(shù)據(jù)文件傳輸為例進行說明。在第三方平臺中進行任務(wù)空間軌跡規(guī)劃后，將位姿節(jié)點序列數(shù)據(jù)文件保存為.bin格式的文件，通過網(wǎng)口將軌跡數(shù)據(jù)文件下載到ram/rom塊中的軌跡數(shù)據(jù)指定存儲段中。主cpu通過設(shè)置dma控制器的寄存器相應(yīng)位為1，使dma控制器使能。dma控制器從存儲在ram/rom塊中指定存儲位置處讀取位姿節(jié)點序列數(shù)據(jù)到高速緩存blockram中，主cpu通過內(nèi)部總線控制器a讀取高速緩存blockram中的位姿節(jié)點序列，并發(fā)送給主cpu運動學逆解模塊，將求解的各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角序列發(fā)送給位置控制模塊，位置控制模塊通過pd控制實現(xiàn)關(guān)節(jié)軌跡跟蹤。同時主cpu通過fpga內(nèi)部總線a將關(guān)節(jié)位置序列寫入關(guān)節(jié)位置控制指令模塊，輔cpu可通過內(nèi)部總線b從關(guān)節(jié)位置控制指令模塊中讀取到當前的關(guān)節(jié)位置控制指令。

實施例二

參考圖1，以第三方關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列在線傳輸方式為例進行說明。第三方平臺將關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃的關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列通過以太網(wǎng)接口和udp協(xié)議以十六進制的格式在線發(fā)送給輔cpu，通信速度為1khz。輔cpu接收到一幀數(shù)據(jù)就將其寫入高速緩存模塊blockram中，起始地址為0x0000。主cpu通過內(nèi)部總線a讀取高速緩存模塊blockram中的關(guān)節(jié)位置節(jié)點序列，并傳送給位置控制模塊,位置控制模塊通過pd控制實現(xiàn)關(guān)節(jié)軌跡跟蹤。同時主cpu通過fpga內(nèi)部總線a將關(guān)節(jié)位置序列寫入關(guān)節(jié)位置控制指令模塊，輔cpu可通過內(nèi)部總線b從關(guān)節(jié)位置控制指令模塊中讀取到當前的關(guān)節(jié)位置控制指令。