专利汇可以提供一种基于多核处理器架构的机器人混合系统应用框架专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 描述了一种基于 多核处理器 架构的 机器人 混合系统应用 框架 。在采用ARM/X86多核处理器作为 控制器 的机器人系统中,利用ARM/X86多核处理器的多核并行处理结构,在整个机器人控制器同时运行由实时 操作系统 、非实时操作系统、系统 支撑 框架组成的机器人混合系统应用框架,来提供改进的操作系统服务。在该应用框架中,一个实时操作系统单独运行在其中一个ARM/X86核中,同时若干个非实时操作系统运行在其它ARM/X86核中,操作系统间彼此单独占用处理器资源与外设,分别运行不同实时性要求的机器人应用程序,应用程序可以以统一的 机器人操作系统 (ROS)应用 节点 形式使用。,下面是一种基于多核处理器架构的机器人混合系统应用框架专利的具体信息内容。
1.一种基于多核处理器架构的机器人混合系统,其特征在于包括:
机器人操作系统(ROS)(12),其包含支持机器人操作系统的非实时操作系统(13),用于提供基本的机器人应用、相应服务和系统资源;
实时操作系统(17),用于提供机器人实时任务的服务和系统资源;
混合操作系统支撑框架(RGMP)(19),用于支撑机器人操作系统和实时操作系统的运行和协调,将非实时操作系统(13)与实时操作系统(17)同时运行在多核处理器平台上,其中:
所述多核处理器平台是基于ARM/X86架构的开放式多核处理器控制板、控制器和/或工控机,
混合操作系统支撑框架RGMP包括RGMP非实时部分框架(191)和RGMP实时部分框架(192),
非实时操作系统(13)是嵌入式系统,运行在RGMP非实时部分框架(191)之上,实时操作系统(17)运行在RGMP实时部分框架(192)之上,
非实时操作系统(13)包含操作系统基本的系统库SYS LIB(131)、C语言库LIBC(132)、网络协议NET(133)、BOOST库(134)、非实时操作系统内核(135)以及驱动程序(136),实时操作系统(17)中提供有符合POSIX标准的系统调用接口,
实时操作系统(17)包含操作系统基本的系统库SYS LIB(171)、C语言库LIBC(172)、网络协议NET(173)、BOOST库(174)、实时操作系统内核(175)以及驱动程序(176),实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)之间通过混合操作系统支撑框架RGMP(19)的VNET虚拟网络机制进行通信,
实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)分别单独占用多核处理器的不同处理器核心来运行,它们同时维持各自的应用状态而不必针对混合操作系统架构进行优化,其运行、调试均相互独立,
在混合系统运行时,实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)独立占有各自的硬件资源;
对于共享设备的调度,实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)通过它们之间的所述通信来实现,
所述机器人混合系统进一步包括:
底层控制器部分,包括:语音传感器、视觉传感器、超声传感器、温度传感器、绝对编码器、相对编码器、电机驱动器、实时以太网口、无线网络Wifi网口,其中:
---绝对编码器与相对编码器存在于电机驱动器当中,所有的电机驱动器通过CAN接口的方式串联连接;
---语音传感器与视觉传感器通过USB接口与ARM/X86多核处理器(21)相连接,其中视觉传感器由实时操作系统(17)控制;
---实时以太网口与无线网络Wifi网口支持机器人的分布式运算与远程控制,用于通过有线与无线的方式与远端计算机相连,从而实现局域网或者是广域网的网络通信,形成分布式控制系统。
2.根据权利要求1的机器人混合系统,其特征在于:实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)之间的所述通信通过混合操作系统支撑框架RGMP(19)的VNET虚拟网络机制进行,并使用机器人操作系统提供机器人操作系统的节点间通信协议,由混合操作系统支撑框架RGMP(19)为实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)之间提供以共享内存为基础的上层通信接口,其中包括:
---实时与非实时系统之间的标准TCP/IP协议栈;
---实时系统调试信息打印管道;
---3个用户自定义接口,
且
实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)分别使用计算机内存中不同的内存地址段,实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)之间外部设备中断相互独立,无共享,中断通过所述ARM/X86多核处理器中提供的中断路由器进行独立分配,
实时操作系统(17)和非实时操作系统(13)均使用标准的机器人操作系统编程与通信接口,在整个机器人系统中应用和控制程序都是以标准机器人操作系统节点的形式运行,可以由机器人操作系统统一管理,节点之间通过机器人操作系统标准通信接口进行通信,原来运行在机器人操作系统(12)上的不依赖第三方函数库的节点程序可被直接放置到实时操作系统(17)运行,
实时应用在实时操作系统(17)上被编写,通过实时总线连接电机驱动器等实时外设,完成包括复杂电机运动控制在内的实时性要求高的任务。
3.根据权利要求1所述的机器人混合系统,其特征在于:
非实时操作系统(13)与实时操作系统(17)分别占用独立的内存空间,
所述多核处理器平台连接的外设包含非实时硬件部分(14)和实时硬件部分(18),所述非实时操作系统(13)是Linux,所述实时操作系统(17)是Yuqix。
4.根据权利要求1所述的机器人混合系统,其特征在于:
在机器人操作系统(12)之上是使用机器人操作系统标准接口与机器人操作系统工具编写的非实时机器人操作系统应用程序节点(11);
在实时操作系统(17)之上是供用户直接编写或通过RTroscpp软件框架(16)编写的实时机器人操作系统应用节点(15)。
5.根据权利要求1所述的机器人混合系统,其特征在于:
在实时操作系统(17)之上是供用户使用标准的机器人操作系统函数接口编写机器人操作系统实时节点程序(15)的RTroscpp软件框架(16)。
6.根据权利要求1所述的机器人混合系统,其特征在于:
非实时操作系统(13)根据不同的机器人控制应用需求,运行不同功能的机器人操作系统实时节点,包括:位置闭环控制单元(2408)、电流控制单元(2410)、插补解算单元(2409)、位置控制单元(2411),以及不同功能的机器人操作系统非实时节点,包括:语音处理单元(2401)、图像处理单元(2403)、语音识别单元(2402)、三维建模单元(2404)、物体识别单元(2405)、建图导航单元(2406),
实时操作系统(17)中的运动控制以不同的线程进行功能区分,其中,
主线程(31)为实时机器人操作系统节点线程,负责建立符合机器人操作系统通信协议的实时节点,负责机器人电机的初始化以及实时操作系统(17)与非实时操作系统(13)上运行的机器人操作系统节点之间的通信,负责实时与非实时节点之间的通信,并把消息分发到其余的各个线程,
CAN总线收发线程(34)用于发送和读取从CAN总线设备描述符中获得的CAN总线(23)的数据,并把相关的数据实时发布到其它线程(36),
运动控制线程(32)用于设置机器人的初始位置姿态,同时实现针对运动单元动作的精细插补,
在发送运动控制指令之后,闭环控制线程(33)读取目前机器人各个运动关节的状态,若运动单元节没有到达控制指令所要求到达的位置,闭环控制线程(33)会重发并修正当前运动单元的位置姿态,
实时系统中具有监控线程(35)负责在CAN总线(23)空闲时读取机器人的运行姿态,以保证运动控制的正常运行,同时读取各个运动单元上的传感器数据信息,以及控制板上的任务状态标志。
7.根据权利要求1所述的机器人混合系统,其特征在于进一步包括:
全局中断路由模块(45),
其中,
支撑非实时应用节点组(41)的非实时操作系统内核(135)与支撑实时应用节点组(42)的实时操作系统内核(175)利用共享内存(43)通信,并分别通过全局中断路由模块(45)获得各自的外部设备(44和46)的中断,
外部设备(44和46)的中断号分别通过配置的方式控制全局中断路由模块(45)将固定的中断号路由到相应的所述ARM/X86多核处理器中,从而有效地保证中断的响应的实时性。
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