时钟同步方法、机器人控制系统和机器人

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种时钟同步方法、机器人控制系统和机器人。

背景技术

工业机器人驱控一体控制器是将一套运动控制器和多台伺服控制器融合到一起，这样极大减少了原有两套控制器之间网线通讯和交互产生的外界干扰影响，并充分考虑了伺服闭环反馈的更多实时数据进行全局的最优控制，提升了机器人整体控制性能，机器人抗扰性能极大增强，产品整体成本降低，信号电缆接线更加简单，机器人驱控一体控制器将成为工业机器人控制的主流趋势。

由于运动控制和伺服控制各自控制周期及控制方法不同的特点，运动控制器和伺服控制器分别各一个时钟源，若不进行两个时钟的同步处理，机器人控制过程中会出现信号收发漂移、运控插补数据未能及时让伺服同步接收及三环算法处理，进而会产生机器人高速运行速度波动变大甚至随着时间推移产生速度突变，出现机器人高速运行抖动加剧、控制性能及精度降低，因此时钟同步的处理非常重要。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种时钟同步方法、机器人控制系统和机器人。

第一方面，本发明提供了一种时钟同步方法，应用于机器人控制系统，包括：

运动控制器以第一周期向伺服控制器发送运动控制数据；同时，

所述运动控制器以所述第一周期向所述伺服控制器发送触发信号；

所述伺服控制器基于接收的所述运动控制数据和所述触发信号调制所述伺服控制器的时钟与所述运动控制器的时钟同步。

可选地，所述伺服控制器以第二周期向所述机器人控制系统发送伺服控制数据；

可选地，所述伺服控制器基于接收的所述运动控制数据和所述触发信号调制所述伺服控制器的时钟与所述运动控制器的时钟同步包括：所述伺服控制器基于接收的所述运动控制数据和所述触发信号将所述第二周期的计数清零并重新计时。

可选地，所述第一周期为所述第二周期的正整数倍。

可选地，所述运动控制器通过PCB板内的高速传输总线向所述伺服控制器发送所述运动控制数据。

可选地，所述PCB板内的高速传输总线包括GPMC总线和EMIF内部总线。

可选地，所述运动控制器通过芯片之间的引脚向所述伺服控制器发送所述触发信号。

可选地，所述触发信号包括时钟脉冲触发信号、高低电平、脉冲上升沿有效或脉冲下降沿有效中的至少一个。

第二方面，本发明提供了一种机器人控制系统，包括：运动控制器和伺服控制器，所述运动控制器用于以第一周期向所述伺服控制器发送运动控制数据，同时，所述运动控制器以所述第一周期向所述伺服控制器发送触发信号；所述伺服控制器基于接收的所述运动控制数据和所述触发信号调制所述伺服控制器的时钟与所述运动控制器的时钟同步。

第三方面，本发明提供了一种机器人，包括：机器人本体和控制所述机器人本体的上述机器人控制系统。

本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明实施例提供的一种时钟同步方法，应用于机器人控制系统，包括：运动控制器以第一周期向伺服控制器发送运动控制数据；同时，运动控制器以第一周期向伺服控制器发送触发信号；伺服控制器基于接收的运动控制数据和触发信号调制伺服控制器的时钟与运动控制器的时钟同步。这样，通过对时钟进行同步处理，满足了时钟同步的实时性，从而极大地降低了机器人在高速运行过程中的速度波动或抖动，提升了机器人在高速下运行的轨迹精度，最终提高了控制器在高带宽响应下的整体控制性能。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的时钟同步方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的运动控制器与伺服控制器的信号传输示意图；

图3是本发明实施例提供的运动控制器与伺服控制器的同步时序图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

针对机器人驱控一体控制器里运动控制器与伺服控制器之间的时钟同步性问题，本发明实施例提出了一种时钟同步方法、机器人控制系统和机器人。时钟同步方法应用于机器人控制系统，包括：运动控制器以第一周期向伺服控制器发送运动控制数据；同时，运动控制器以第一周期向伺服控制器发送触发信号；伺服控制器基于接收的运动控制数据和触发信号调制伺服控制器的时钟与运动控制器的时钟同步。

本发明实施例提供的时钟同步方法通过在运动控制器与伺服控制器之间，每隔一个第一周期，由运动控制器同时发出触发信号和运动控制数据给伺服控制器，然后伺服控制器在接收到触发信号和运动控制数据后立即对其自身的定时器进行计数清零处理，并重新定时计数。从而使得运动控制器与伺服控制器的定时时刻对齐，实现整个机器人驱控一体过程中实时地进行时钟校准。具体方案如下：

参考图1至图3，图1为本发明实施例提供的时钟同步方法的流程图。时钟同步方法包括以下步骤：

S101：运动控制器100以第一周期向伺服控制器200发送运动控制数据；同时，运动控制器100以第一周期向伺服控制器200发送触发信号。

其中，运动控制器100通过PCB板内的高速传输总线向伺服控制器200发送运动控制数据。具体地，PCB板内的高速传输总线包括GPMC总线和EMIF内部总线。芯片间的总线为PCB板内高速传输总线。具体地，PCB板内高速传输总线为GPMC总线。GPMC总线是运动控制器100的CPU芯片与伺服控制器200的FPGA芯片之间的内部总线。对芯片间的总线一般要求是：内部总线传输数据的速率为100M以上。当然了，芯片间的总线不限于GPMC总线，只要能达到相同功能的PCB板内高速传输总线均可替换，例如EMIF内部总线。

其中，运动控制器100通过芯片之间的引脚向伺服控制器200发送触发信号。具体地，触发信号包括时钟脉冲触发信号、高低电平、脉冲上升沿有效或脉冲下降沿有效中的至少一个。

S102：伺服控制器200基于接收的运动控制数据和触发信号调制伺服控制器200的时钟与运动控制器100的时钟同步。

需要说明的是，伺服控制器200可以同时接收到运动控制数据和触发信号，也可以前后间隔时间接收到运动控制数据和触发信号。只要伺服控制器200接收到运动控制数据和触发信号即可基于接收到的运动控制数据和触发信号调制伺服控制器200的时钟与运动控制器100的时钟同步。

其中，伺服控制器200以第二周期向机器人控制系统发送伺服控制数据，即伺服控制器200基于第二周期运行周期性的伺服控制。具体地，伺服控制器200包括FPGA，FPGA里的定时器以第二周期进行周期性的伺服三环控制运行。

具体地，第一周期为第二周期的正整数倍。亦即第一周期大于或等于第二周期，且第一周期是第二周期的整数倍。具体地，可以设置每一1ms进行伺服控制器200的时刻修正，即1ms让伺服控制器200的时钟的时刻对齐到运动控制器100的时钟的时刻，从而实现伺服控制器200的时钟与运动控制器100的时钟的实时同步效果。当然了，也可以设置2ms，或者3ms。本发明提供的实施例中以1ms为例，进行说明。

其中，伺服控制器200基于接收的运动控制数据和触发信号调制伺服控制器200的时钟与运动控制器100的时钟同步包括：伺服控制器200基于接收的运动控制数据和触发信号将第二周期的计数清零并重新计时。

通过以上步骤的实时地同步时钟的处理，让运动控制器100和伺服控制器200的时钟偏差保持在20ns以内，该偏差值在工程控制里已非常小，完全满足了机器人驱控一体时间同步的要求，极大降低了机器人速度波动及运行抖动情况，提升了机器人控制的整体性能。

在一具体实施方式中，步骤1：在运动控制器100的CPU芯片里，采用定时器设置时间为T1(如T1＝1ms)的第一周期，每隔时间T1产生中断响应，立即通过芯片之间的总线(例如GPMC总线)周期性向伺服控制器200的伺服三环控制SOC芯片发送运动控制数据，GPMC总线传输数据的速率为150M以上(即7ns以内)；另外，在伺服控制器200的SOC芯片中包含有FPGA，FPGA里的定时器以时间T2(如T2＝125us)的第二周期进行周期性的伺服三环控制运行。

步骤2：参考图2，为了让伺服控制器200和运动控制器100能够协调运行，设计将两个控制器的时刻进行以每时间T1(如T1＝1ms)周期性实时地对齐。运动控制器100每隔时间T1进行周期性的定时响应处理，当进行该响应时运动控制器100通过GPMC向伺服控制器200发送运动控制数据，同时运动控制器100的CPU芯片的某个引脚会产生一个clk脉冲触发信号(如脉冲上升沿有效)给伺服控制器200的SOC芯片引脚，这样会立即触发到SOC芯片里的FPGA。

步骤3：参考图3，SOC芯片里的FPGA同时接收到运动控制数据和clk脉冲触发信号后，FPGA将定时器的计数清零，立即重新定时计数，对自身定时T2＝125us在1ms内进行了实时修正及与运动控制器100的时钟的时刻对齐；这样每仅隔1ms都进行时刻对齐，从而让伺服控制器200与运动控制器100实现了时钟同步的效果。

本发明实施例还提供了一种机器人控制系统，包括：运动控制器100和伺服控制器200，运动控制器100用于以第一周期向伺服控制器200发送运动控制数据，同时，运动控制器100以第一周期向伺服控制器200发送触发信号；伺服控制器200基于接收的运动控制数据和触发信号调制伺服控制器200的时钟与运动控制器100的时钟同步。

具体地，伺服控制器200用于以第二周期向机器人控制系统发送伺服控制数据。

这样，本发明实施例提供的机器人控制系统，运动控制器100和伺服控制器200分别在第一周期和第二周期下运行自身的控制功能，运动控制器100每隔一个T1周期的时间便通过芯片间的总线发送运动控制数据给伺服控制器200；在该总线发送运动控制数据的同时，运动控制器100的某个引脚同步发送一个瞬时脉冲信号给伺服控制器200(即瞬时脉冲触发)，让伺服控制器200的定时器计数清零并重新计数定时，这样实时地让伺服控制器200时钟与运动控制器100时钟这两个时钟的时刻对齐，实现驱控一体控制器的时钟同步。

本发明实施例还提供了一种机器人，包括：机器人本体和控制机器人本体的机器人控制系统。运动控制器100每隔一个第一周期发送运动控制数据到伺服控制器200，伺服控制器200进行时钟同步处理，然后每隔一个第二周期发送伺服控制数据到机器人控制系统，机器人控制系统控制机器人的运动。具体地，伺服控制器200每隔一个第二周期发送控制电流到关节电机，关节电机接收到控制电流后对机器人手臂进行运动控制，从而实现机器人驱控一体化。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

运动控制器100以第一周期向伺服控制器200发送运动控制数据；同时，运动控制器100以第一周期向伺服控制器200发送触发信号；伺服控制器200基于接收的运动控制数据和触发信号调制伺服控制器200的时钟与运动控制器100的时钟同步。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现上述方法的步骤，在此不再赘述。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

运动控制器100以第一周期向伺服控制器200发送运动控制数据；同时，运动控制器100以第一周期向伺服控制器200发送触发信号；伺服控制器200基于接收的运动控制数据和触发信号调制伺服控制器200的时钟与运动控制器100的时钟同步。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现上述方法的步骤，在此不再赘述。

在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，所述计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，所述计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行以下步骤：

运动控制器100以第一周期向伺服控制器200发送运动控制数据；同时，运动控制器100以第一周期向伺服控制器200发送触发信号；伺服控制器200基于接收的运动控制数据和触发信号调制伺服控制器200的时钟与运动控制器100的时钟同步。

在一个实施例中，计算机程序产品或计算机程序执行时还实现上述方法的步骤，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。