及時體系是可能正在肯定的工夫內履行計較或處理事務并對外部事宜作出相應的計算機系統(tǒng)。對工業(yè)機器人節(jié)制來講，實時性是一個相稱緊張的內容，特別是正在近程機器人節(jié)制中，若是不克不及很好天知足體系所需的實時性要求，便得到了研討的根底跟意思。以后公用的實時操作系統(tǒng)良多，可是遺憾的是它們的價錢昂揚，增長了開發(fā)成本。正在思量實時操作系統(tǒng)焦點的機能以外，更該當對開發(fā)工具、編譯器、調試器之類的開辟情況停止周全思量，特別是跟著使用的不休進級，要求實時操作系統(tǒng)撐持各種網絡協議跟編程語言，體系的通用性跟可移植性也應該列入思量的規(guī)模內。因而力圖探求一種高性能的、廉價的以至是收費的實時操作系統(tǒng)，且功用必需齊備，通用性必需強。RT—Linux與Linux的聯合是一項比力新奇的技巧，一方面它供給了面向非及時的的尺度功用，另一方面又供給了十分高效的知足底層硬件設備的及時機能須要。這類實現方式可以充分利用Linux的壯大功用跟RT—Linux的及時機能。并且RT—Linux是收費的，完整開放源代碼，可降低開發(fā)成本，適用范圍普遍。
1RT-Linux的系統(tǒng)結構
RT-Linux的根本思惟就是使Linux運轉正在及時焦點之下，見圖1。RT—Linux是一個可加載的焦點模塊。一個小的RT-Linux及時內核同本來的Linux內核配合節(jié)制處理器。及時內核間接經管硬件中止，是以及時內核支配著機械的相應工夫，本來的Linux便沒法影響及時使命了。正在RT-Linux中計劃了兩類中止。硬中止是畸形的Linux中止，硬中止則是真正的及時中止，履行時簡直不任何耽誤。實現時，RT-Linux是經由過程正在Linux焦點跟中止處理器之間計劃一個仿真軟件去到達其目標的。
及時中止沒有顛末中止仿真器，尺度Linux的一切硬件中止起首被中止仿真器捕捉，以是也根本無法影響及時歷程的處置懲罰。當及時內核制止中止時，仿真器中的一個標記位被置0。當有別的非及時中止發(fā)生時，仿真器搜檢阿誰標記位，若是為0，解釋沒有容許中止，不然可以立刻執(zhí)～Linux中止處理程序。筒而言之，Linux不克不及中止自身，可是RT-Linux可以中止Linux，那也便到達了所謂的”RT—Linux的焦點可搶占機制”。及時使命與平凡歷程之間的通訊是經由過程封閉，開釋行列去實現的。具體地說就是當有及時使命要實現時，實時操作系統(tǒng)運轉及時內核下的使命;當不及時使命時，及時內核調理Linux運轉。以是Linux是及時內核中優(yōu)先級最低的一個使命。
目前為止，正在RT-Linux中采取兩種調理戰(zhàn)略。一種是基于優(yōu)先級的搶占式調度算法;另一種是lsmaelRipoll實現的EDF(EarliestDeadlineFirst)算法。關于周期性使命可以采取枯燥率調理算法，即周期短的使命可能取得較下的優(yōu)先級。調理戰(zhàn)略將Linux視為付與最低優(yōu)先級的及時使命。
Linux僅僅正在及時體系不別的使命時運轉。Linux跟及時使命之間的轉換根據上述說起的硬中止形態(tài)而定。RT-Linux經由過程如許一種計劃方式，將尺度的Linux焦點改成一個可搶占的、存在低耽誤中止處置懲罰的及時體系。
2及時機器人控制系統(tǒng)的硬/硬件布局
2.1硬件系統(tǒng)結構
全部及時機器人控制系統(tǒng)次要的硬件部件為：與IBM—PC兼容PentiumIII733MHzq-業(yè)節(jié)制微機(IPC)，內存l28MB;三軸地位控制卡(PCL一832);l0/100M自順應網卡、集線器等以太網毗鄰設備;機器人本體為存在5個自由度的日產PT500機器人。
快速分揀機器人(Delta)機器人控制器運轉于一臺工業(yè)節(jié)制微型計算機(IPC)上。正在該IPC上裝置了兩塊三軸地位控制卡。每塊三軸地位控制卡能對三軸停止聯動插補節(jié)制。每軸有公用地位芯片節(jié)制，組成一個伺服地位跟速率環(huán)。三軸地位控制卡以插補工夫為周期接連收回中止，咱們須要正在DDA周期起頭之前，將地位信息寫入地位控制卡舉措節(jié)制芯片的緩沖區(qū)中。放在DDA脈沖緩沖器中的脈沖數被傳到DDA發(fā)生器，正在下一個DDA周期中輸出。然后由三軸地位控制卡將各軸對應的脈沖數注釋為響應的電平旌旗燈號，驅動伺服驅動器以驅動機器人本體的運動。
2.2軟件系統(tǒng)布局
全部機器人及時控制器的系統(tǒng)結構如圖2所示，全部體系分為2個域：及時域跟非及時域。及時域中實現的是及時設備驅動程序，擔任PCL-832地位控制卡的節(jié)制與中止相應，驅動機器人本體運動;非及時域中實現的是上層的機器人節(jié)制界面跟近程監(jiān)控子系統(tǒng);兩者之問經由過程及時先進先出(RT-FIFO)緩沖行列停止數據交換。內核調理戰(zhàn)略將Linux視為付與最低優(yōu)先級的及時使命，Linux中的非及時使命僅僅正在及時體系不別的使命時運轉，以確保及時使命的最高及時優(yōu)先級。
(1)RT-Linux中的及時模塊
及時域中的軟件模塊次要是三軸地位控制卡(PCL一832)的設備驅動程序。驅動程序是可能間接接見硬件的模塊，存在應用程序沒有具有的處置懲罰中止跟讀寫端口的才能，是嵌入操作系統(tǒng)焦點的底層軟件。三軸地位控制卡以毫秒級收回DDA中斷請求，對DDA中止的相應的快慢是決意全部機器人控制器及時機能的要害目標。咱們開辟的及時設備驅動程序位于RT-Linux的及時域中，享有體系最高及時優(yōu)先級。它是全部及時機器人控制系統(tǒng)的條件跟根底。RT-Linux中的三軸地位控制卡的及時設備驅動程序必需處置懲罰以下事件：
1)相應三軸地位卡的插補周期中止(DDA)，并輸出地位脈沖數值;
2)相應三軸地位卡的偏差溢出中止(Ov)，告訴應用程序停止響應處置懲罰;
智能垃圾分揀機器人(2)Linux中的非及時模塊
分揀機器人廠家價格非及時域中的軟件模塊由機器人控制器跟近程監(jiān)控子系統(tǒng)構成。當地的機器人控制器擔任將文本機器人指令注釋成響應的地位脈沖數據，經由過程先進先出(RT-FIFO)緩沖行列發(fā)送給及時域中的驅動程序驅動機器人本體運動。圖形仿真與監(jiān)控體系運轉于另一臺微機上，它可能吸收來自機器人控制器或許離線編程與仿真數據發(fā)生器的機器人及時形態(tài)，經由過程三維圖形仿真的方法及時顯現出來，給用戶一個直觀的機器人運轉形態(tài)信息，隨時監(jiān)督機器人的運動形態(tài)。同時存在權限的用戶可能以離線編程方法或在線操縱方法經由過程高速以太網離別與離線編程與仿真數據發(fā)生器跟機器人控制器停止毗鄰，實現離線編程跟對機器人的實際節(jié)制。
3及時體系的機能評價
及時體系的機能評價次要正在8個方面停止。它們離別是使命換道機能、使命優(yōu)先級機能、內存分派機能、使命外部通訊機能、中止延遲時間、操作系統(tǒng)運轉時服從、初始化工夫跟關機工夫。而正在機器人節(jié)制中最講求的就是中止相應時問。由于便本名目而言，咱們最關I～RT-Linux系統(tǒng)對三軸地位控制卡(PCL一832)的DDA中止的相應工夫，一切事情的目標就是為了盡量減少中止相應工夫。
3.1測試環(huán)境及方式
三亞abb分揀機器人用于測試的工業(yè)節(jié)制微機的硬件設置為IntelPentium(clockl20MHz)，RAM64MB;服務器軟件是用(內核版本號2.2.5一l5)，RT-Linux的版本號2.2;收集情況l0/100M自順應網卡。中止相應工夫的快慢間接反應了如許一個進程的快慢：正在用戶層的用戶歷程經由過程體系挪用將脈沖數據寫入位于核心層的及時驅動程序的數據緩沖行列，正在下一個DDA中斷請求到來時，中止服務例程將數據緩沖行列中的脈沖數據寫入三軸地位控制卡的舉措節(jié)制芯片的緩沖區(qū)，驅動機器人本體運轉。是以，咱們將用戶層的用戶歷程起頭挪用體系挪用發(fā)送脈沖數據的時辰作為測試起頭時辰，將下一個DDA中斷請求到來時，響應的DDA中止服務例程將數據寫入三軸地位控制卡的舉措節(jié)制芯片的緩沖區(qū)，以驅動機器人本體運轉的時辰作為測試完畢的時辰。圖3反應了上述進程。
3.2測試成果
咱們離別設置DDA周期為8、12、16、24ms的4種環(huán)境作了測試，顛末計較，可以得出表1所示的成果。
表1低負載下DDA中止相應處置懲罰時問測試成果
可見，正在低負載下RT-Linux的丈量工夫要比Linux下快0.5—0.6ms擺布，證實了采取RT—Linux體系的確可能進步體系的及時機能。正在這里有幾點須要解釋：
(1)RT—Linux間接接管硬件中止，以是咱們將PCL一832卡的DDA中止跟OV中止裝置正在及時域中，目標就是讓RT-Linux最早捕捉那兩個及時中止，停止處置懲罰?？墒钦诔叨萀inux下采取的是硬中止的觀點，也就是說沒法保障DDA中止跟OV中止最早履行。咱們的機器人控制器一旦加上網絡通信模塊，停止監(jiān)督跟仿真時，則正在運轉進程中DDA中止跟OV中止要遭到來自網卡中止的影響。以是正在這類環(huán)境下，為了保障機器人運動的實時性，采取RT-Linux的劣勢便表現出來了。若是正在網卡干涉干與的環(huán)境下測試，尺度Linux下的中止處置懲罰工夫將比下要來得更長。
(2)若是用戶應用層斥地大批的用戶歷程，則關于分時的尺度Linux來講會遭到很大水平的影響?？墒顷P于RT-Linux來講，及時歷程不會遭到非及時域中用戶歷程的影響，以是正在這類重負載環(huán)境下，RT-Linux的實時性比尺度Linux下要下。
自動分揀機器人簡稱廣州分揀機器人十個品牌由測試成果可以看出，RT-Linux體系中止相應比尺度Linux延時工夫短，這個成果也預示正在體系下負載環(huán)境下RT-Linux體系中的及時機能的劣勢將更加較著。實際利用該及時機器人控制器時，機器人運轉十分不變，能知足實時控制的須要。
4總結
正在機器人控制器的計劃中，若何最大水平的進步機器人節(jié)制的實時性是一個關鍵問題。本文中咱們使用了將軟件使命分別及時域與非及時域的思惟，提出并實現了一種將RT-Linux與Linux聯合的及時機器人控制系統(tǒng)。該體系的優(yōu)點是：一方面供給了十分高效的知足底層硬件設備的及時機能，另一方面可以充分利用Linux的壯大功用。并且RT-Linux是完整開放源代碼的免費軟件，降低了開發(fā)成本。是以該技巧存在十分普遍的產業(yè)化前景。
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