机器人关节控制器双机容错技术设计与实现 design and realization on the dual fault-tolerant technique of robot joints controller.pdfVIP

第20卷第6期 机电产品开簋与剀新 Ⅷ20．N06 2007年11月 DcvdopⅡ蚰l＆㈣at两葩M胂hlneH＆Ⅱe“c-lP州ucⅡ Nov．2007 机器人关节控制器双机容错技术设计与实现 党崇伦，孙汉旭 (北京邮电大学自动化学院．北京100876) 摘要：在高可靠、强实时环境中，双机系统的状态切换巳成为影响系统实时性、可靠性的关犍。本文 介绍了机器人关节控制嚣控制系统的容错设计．井利用机器人一体化关节性能测试平台对双机 热备状态下的故障响应进行了测试。舰机通过控制数据比对．避免切换时扰动的产生．满足了 机器人关节控制嚣高可靠性和强实时性的要求． 关键词：冗余客错；双机热备；数据比对：控制器 中图分类号：1w911．22文献标识码：A 文章编号：1002-6673(2007)06一001-03 O引言 1冗余系统结构 机器人关节控制器是常用的自动化装置之一．被广泛 奉系统的结构如图l所示．关节控制器由徽处理 应用于自动化生产、冶金、航空、航天等各个领域。系统 器、通信模块、电源管理模块、数据采集模块以及逻辑 的可靠性是衡量其性能的关键性指标。在一些特殊环境 仲裁部分构成。控制器作为下位机接收上位机发送来的 中，应用过程中的任何细微因素都可能导致控制器的失 控制指令并完成控制任务。 效，引发不可预计的灾难。因此，利用冗余容错技术提高 控制系统的可靠性，成为了一种重要的设计思想阻。 容错是指系统具有“在出现内部故障的情况下．仍 能正确地运行并给出正确结果”的能力。目前所采用的 容错方法主要是冗余。即在系统结构上通过增加冗余资 源来掩盖故障造成的影响。硬件冗余是最常用也是最有 圉1系统结构 效的方法，常用的硬件冗余方法包括静态三模冗余、动 矾g-lThe prindpk埘ag蛐0f掣skm 态双模冗余及混合冗余系统q。受成本和系统复杂度的 限制，我们通过设计一种双模冗案的控制系统．它既可 系统由两个独立的控制单元构成．双机使用各自独 对瞬时故障实现检测和恢复，还具有自动完成系统重构 立的模块，但内部结构完全一样。采用TMs姗A作为 的能力，满足了对系统性能的要求。 微处理器棱心口。各单元带有独立的外部SRAM、电平 本文所讨论的机器人关节控制器是为了适应特殊环 转换、时钟电路．并用一块cPLD实现对输出控』信号 境下的应用而设计的．要求系统的高可靠性和强实时 的仲裁。通过专门的接口电路实现控制电路的开关和当 性。当前常用的以微处理器为核心的控制单元．一般只 班主机的选择。上位机使用CAN总线下发控制指令． 具备基本的自检测和恢复手段。本文通过软硬件结合的 双机同时接收指令，并根据数据采集电路得到到信息输 方法设计了控制器的容错方案，并对双机切换过程中产 出控制信号，由仲裁电路选择当班机输出。 生的扰动进行了研究．利用双机参数比对的方法消除扰 2容错方案设计 动。满了足系统对可靠性和实时性的要求。 2．1容错策略 基盒项目：目窑863项目(2006AA704f05) f是设计的关键，因此必须采用容错设计。由于受重量、 作者简介：竞崇伦(1982一)，男，硕士研究生。研究方向