專利名稱：人機界面運動控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種人機界面運動控制器，特別是指一種人機界面運動控制器。
背景技術：
精密伺服系統多應用于多軸運動控制系統，如工業機器人、工具機、電子零件組裝系統、PCB自動外掛程式機、PCB鉆孔機等等。工作物件的位置控制可通過平臺的移動來達成，平臺位置的偵測有兩種方式，一種是通過伺服馬達本身所安裝的光電編碼器，由于是以間接的方式回授工作物件的位置， 再通過閉回路控制達到位置控制的目的，因此也稱之為間接位置控制(indirect position control)。另一種方式是直接將位置感測元件安裝在平臺上，如光學尺、雷射位置感測計等等，直接回授工作物件的位置，再通過閉回路控制達到位置控制的目的，稱之為直接位置控制(direct position control)。一個多軸運動控制系統由高階的運動控制器(motion controller)與低階的伺服驅動器(servo drive)所組成，運動控制器負責運動控制命令解碼、各個位置控制軸彼此間的相對運動、加減速輪廓控制等等，其主要關鍵在于降低整體系統運動控制的路徑誤差；伺服驅動器負責伺服馬達的位置控制，主要關鍵在于降低伺服軸的追隨誤差。一個雙軸運動控制系統在一般的情況下X軸與Y軸的動態響應特性會有相當大的差異，在高速輪廓控制時(contouring control)，會造成顯著的誤差，因此必須設計一個控制器以整體考量的觀點解決此一問題。
發明內容本實用新型的目的即在于提供一種人機界面運動控制器，其提供多工分層負責的完成一個伺服系統中所需要的位置、速度、加速度控制。本實用新型的次一目的在于提供一種運動控制系統，需要做快速響應及復雜的浮點數運算，因此要高性能及高可靠度的人機界面運動控制器。本實用新型的另一目的在于提供一種具備人機界面運動控制器的擴充性，且有高速運算能力，并具備有運動控制的多工處理器與人機界面運動控制器。本實用新型的又一目的在于提供一種運動控制的多工處理器，運用于各種需軸控功能的人機界面系統上，可提升系統的效能表現，提高可靠度的人機界面運動控制器。可達成上述目的，本實用新型提供一種人機介面界面運動控制器，為致動器提供受控體的動力，并由該控制器控制致動器的轉速或扭矩或位置，其特征在于，所述控制器具有一顯示單元與多個核心，所述核心至少包括第一核心，嵌入有第一中央處理單元與第二中央處理單元以同時處理快速響應及浮點運算；第二核心，嵌入有運動控制單元，該運動控制單元負責運動控制命令的解碼、所述受控體各個位置控制軸彼此間的相對運動、加減速輪廓時序控制；[0013]第三核心，嵌入有人機處理單元以提供使用者與所述控制器的互動。實施時，所述控制器能控制所述致動器的導通時間，以精準的周期對周期限流提供工作周期和提高致動器瞬變響應，使所述受控體在多個周期內恢復操作。實施時，所述運動控制單元接收運動控制命令并解碼，所述運動控制單元通過所述致動器連接所述受控體做實體控制。實施時，所述人機處理單元以提供所述使用者與所述控制器的互動，所述互動為由所述顯示單元輸入輸出指令，輸入指令指的是由使用者經由所述顯示單元來進行所述受控體的操作，而輸出指令指的是由所述控制器通過所述顯示單元發出來的通知或提示。
圖1為本實用新型人機界面運動控制器應用于機械工作平臺的實施示意圖；圖2為所述人機界面運動控制器應用于機械手臂的實施示意圖；圖3為所述人機界面運動控制器的系統架構示意圖。附圖標記說明1-致動器；2-受控體；3-控制器；31-第一核心；311-第一中央處理單元；312-第二中央處理單元；32-第二核心；321-運動控制單元；33-第三核心； 331-人機處理單元；4-顯示單元。
具體實施方式
請參閱圖1，本實用新型所提供的人機界面運動控制器，主要包括有為致動器 1 (actuator)提供受控體2 (plant)的動力，并由控制器3 (controller)控制致動器1的轉速或扭矩或位置，所述控制器3具有一顯示單元4與多核心，至少包括第一核心31，嵌入有第一中央處理單元311與第二中央處理單元312以同時處理快速響應(quick response)及復雜的浮點運算(floating point arithmetic)。第二核心32，嵌入運動控制單元321負責運動控制命令(control command)解碼、 受控體2各個位置控制軸彼此間的相對運動、加減速輪廓等時序控制；其中所述運動控制單元321接收運動控制命令并解碼，并通過致動器1連接受控體2做實體控制。第三核心33，嵌入人機處理單元331以提供使用者(User)與控制器3的互動 (Interaction)；其中所述人機處理單元331以提供使用者經由顯示單元4與控制器3的互動，所述互動為由顯示單元4輸入輸出指令(input/output instruction)，輸入指令指的是由使用者經由顯示單元4來進行受控體2的操作，而輸出指令指的是由控制器3由顯示單元4發出來的通知或提示。一個伺服系統的構成通常包含受控體2、致動器1、傳感器、控制器3等幾個部分所構成。所述受控體2指被控制的物件，例如一個機械工作平臺(如圖1所示)，或是一個機械手臂(如圖2所示)。如圖3所示，所述致動器1的功能在于主要提供受控體2的動力，可能以氣壓、油壓、或是電力驅動的方式呈現，若是采用油壓驅動方式，則為油壓伺服系統；目前伺服系統采用電力驅動方式，致動器1包含了馬達與功率放大器，例如應用于伺服系統的伺服馬達 (servo motor)，其裝置內含位置回授裝置，如光電編碼器(optical encoder)或是解角器(resolver)；受控體2以伺服馬達為例，其控制器3通常包含速度控制器與扭矩控制器，伺服馬達通常提供類比式的速度回授信號，控制界面采用類比訊號，經由外回路的類比命令，可直接控制伺服馬達的轉速或扭矩。采用這種伺服受控體2，通常必須再加上一個位置控制器 (position controller)，才能完成位置控制。另，伺服馬達提供解析度的光電編碼器回授信號。控制器3能控制致動器1的導通時間，以精準的周期對周期限流提供非常低的工作周期和提高致動器1快速的瞬變響應，使所述受控體2在數個周期內恢復操作。控制器 3的功能在于提供整個受控體2的控制，如扭矩控制、速度控制、與位置控制等。所述人機處理單元331為提供顯示單元4與第一核心31的運算；而顯示單元4包含備操作界面、視覺相關操作及顯示界面、檔案及資料庫界面、設備資訊顯示界面、參數輸入界面及機臺管理/維護/校正等界面，上述各界面透過同步機制進行溝通，并用來整合如操作、資訊蒐集與監控。顯示單元4為致動器1與使用者互動的界面；所述顯示單元4進而包括具有圖形對話輸入程式的功能，輔助修改與編輯加工程式，并讀取接使用者所下達的參數指令與傳達訊息的處理；而所述第一核心31為資料運算的核心，所述第一中央處理單元311專門處理即時控制的程序，并將人機處理單元331處理的結果交由第二中央處理單元312進行同步即時處理；所述第二中央處理單元312為用以即時控制程序并將程序連續施以均化分割插值運算，而均化分割值運算為將第一核心31的運算程序進行極小取樣周期的均分，以達到更平滑的控制目的。隨著網路通訊技術的進步，采用即時網路通訊技術的伺服系統也隨之發展，利用 SERCOS即時通訊網路技術(real-time network comunication)所發展的網路控制分散式伺服系統，目前已有多種采用不同通訊協定的分散式運動控制系統，如SERC0S、Real-Time Ethernet,Real-Time CAN bus。本發明人機界面運動控制器3應用高速網路技術于分散式伺服系統有許多優點，諸如更靈活的系統應用、更佳的系統整合控制效果。
權利要求1.一種人機界面運動控制器，為致動器提供受控體的動力，并由該控制器控制致動器的轉速或扭矩或位置，其特征在于，所述控制器具有一顯示單元與多個核心，所述核心至少包括第一核心，嵌入有第一中央處理單元與第二中央處理單元以同時處理快速響應及浮點運算；第二核心，嵌入有運動控制單元，該運動控制單元負責運動控制命令的解碼、所述受控體各個位置控制軸彼此間的相對運動、加減速輪廓時序控制；第三核心，嵌入有人機處理單元以提供使用者與所述控制器的互動。
2.如權利要求1所述的人機界面運動控制器，其特征在于，所述控制器能控制所述致動器的導通時間，以精準的周期對周期限流提供工作周期和提高致動器瞬變響應，使所述受控體在多個周期內恢復操作。
3.如權利要求1所述的人機界面運動控制器，其特征在于，所述運動控制單元接收所述運動控制命令并解碼，所述運動控制單元通過所述致動器連接所述受控體做實體控制。
4.如權利要求1所述的人機界面運動控制器，其特征在于，所述人機處理單元以提供所述使用者與所述控制器的互動，所述互動為由所述顯示單元輸入輸出指令，輸入指令指的是由使用者經由所述顯示單元來進行所述受控體的操作，而輸出指令指的是由所述控制器通過所述顯示單元發出來的通知或提示。
專利摘要一種人機界面運動控制器，為致動器提供受控體的動力，并由控制器控制致動器的轉速或扭矩或位置，所述控制器具有多核心，至少包括第一核心嵌入有第一中央處理單元與第二中央處理單元以同時處理快速響應及浮點運算；第二核心嵌入有運動控制單元負責運動控制命令解碼、受控體各個位置控制軸彼此間的相對運動、加減速輪廓等時序控制；第三核心嵌入有人機處理單元以提供使用者與控制器的互動，使第一核心、第二核心及第三核心同時執行多工處理，同時進行運動控制與顯示。
文檔編號G05B19/418GK202230381SQ201120400889
公開日2012年5月23日 申請日期2011年10月20日 優先權日2011年10月20日
發明者嚴清藝 申請人:寶元數控精密股份有限公司