專利名稱：：可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種計算機(jī)數(shù)字控制
技術(shù)領(lǐng)域：
的系統(tǒng)，特別是一種可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)。技術(shù)背景可重構(gòu)制造系統(tǒng)是一種具有主動適應(yīng)外界環(huán)境變化和被動響應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部擾動兩大功能的制造系統(tǒng)，它能夠在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過系統(tǒng)構(gòu)件的重構(gòu)，改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，從而調(diào)整系統(tǒng)的功能和生產(chǎn)能力以適應(yīng)產(chǎn)品品種的變化或市場需求量的變化。可重構(gòu)制造系統(tǒng)，其6個特征分別為模塊化、可擴(kuò)展性、可集成性、可轉(zhuǎn)變性、客戶定制、可診斷性。其中模塊化作為可重構(gòu)制造系統(tǒng)的最核心特征?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)由上層可重構(gòu)數(shù)字控制器和底層可重構(gòu)機(jī)器組成?？芍貥?gòu)數(shù)字控制器是可重構(gòu)制造系統(tǒng)的重要組成部分之一，也是可重構(gòu)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵所在。其發(fā)展歷史較短，目前還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系。而且在重構(gòu)單元的粒度、重構(gòu)方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面仍存在不完善之處，進(jìn)而制約了可重構(gòu)制造系統(tǒng)的大范圍應(yīng)用?？芍貥?gòu)數(shù)字控制器的職能包含與用戶的重構(gòu)命令交互、重構(gòu)任務(wù)理解、重構(gòu)資源分配，以及控制最終各功能模塊完成生產(chǎn)任務(wù)等功能。從功能上劃分為可重構(gòu)接口模塊、狀態(tài)協(xié)調(diào)器模塊、自治域系統(tǒng)模塊。可重構(gòu)接口模塊用以解決可重構(gòu)數(shù)字控制器與上層規(guī)劃系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，提供重構(gòu)信息的接收、解析、封裝、發(fā)送等功能；狀態(tài)協(xié)調(diào)器模塊是可重構(gòu)數(shù)字控制器與外界信息交互的信道，也是可重構(gòu)接口模塊與自治域模塊銜接的紐帶，提供通信端口配置、自治域模塊協(xié)調(diào)、信息反饋、信號過濾、信號處理等功能；自治域系統(tǒng)模塊是可重構(gòu)數(shù)字控制器的核心，負(fù)責(zé)可重構(gòu)行為和過程的具體實施。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，美國密西根大學(xué)可重構(gòu)制造系統(tǒng)工程研究中心(ERCRMS)Y.Koren等在(EngineeringResearchCenterforReconfigurableMachineSystemR印ort》(可重構(gòu)機(jī)床研究中心報告)(1997年4月第一期)上發(fā)表的("ReconfigurableManufacturingSystem")(可重構(gòu)制造系統(tǒng))，該文中首先提出可重構(gòu)制造系統(tǒng)邏輯控制器，文中對邏輯控制器的研究僅從理論的角度進(jìn)行分析并沒有實質(zhì)性地區(qū)別于常規(guī)控制器的范疇。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)，使其實現(xiàn)控制器對工作設(shè)備的高效調(diào)配、監(jiān)控及控制。本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括信息感知模塊、交互接口模塊、中樞系統(tǒng)模塊和執(zhí)行模塊，其中信息感知模塊負(fù)責(zé)接收溫度、力、位姿、圖像信息，并將該信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊，交互接口模塊負(fù)責(zé)獲得用戶輔助信息，并將用戶輔助信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊，中樞系統(tǒng)模塊負(fù)責(zé)接收信息感知模塊和交互接口模塊傳輸?shù)男畔ⅲ\(yùn)用已有的知識，對這些信息進(jìn)行理解、確定執(zhí)行目的，進(jìn)行計算和處理，并根據(jù)確定的執(zhí)行目的，決定具體的控制策略，將處理好的信息傳遞給執(zhí)行模塊；執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)將接收到的處理后的信息執(zhí)行作用到對象或環(huán)境上。所述信息感知模塊，包括內(nèi)信息感知子模塊和外信息感知子模塊，內(nèi)信息感知子模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行自我行動、狀態(tài)的監(jiān)視和內(nèi)部信息感知，對整個可重構(gòu)數(shù)字控制器的內(nèi)部狀態(tài)、性能和位姿進(jìn)行感知，是整個信息感知模塊的基礎(chǔ)；外信息感知子模塊通過各種傳感器，負(fù)責(zé)獲取外部環(huán)境中聲音、溫度、圖像、力信息，內(nèi)信息感知子模塊和外信息感知子模塊均將信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊。所述交互接口模塊，包括用戶和可重構(gòu)數(shù)字控制器之間的接口和可重構(gòu)數(shù)字控制器內(nèi)部各模塊之間的接口，用戶和可重構(gòu)數(shù)字控制器之間的接口負(fù)責(zé)可重構(gòu)數(shù)字控制器與用戶的信息交互，可重構(gòu)數(shù)字控制器內(nèi)部各模塊之間的接口負(fù)責(zé)其他可重構(gòu)數(shù)字控制器之間進(jìn)行文本信息、語音信息、圖像信息、動畫信息的交互，通過鍵盤輸入、語音輸入、機(jī)器視覺、虛擬現(xiàn)實手段交互溝通，確定各種參數(shù)，規(guī)劃約束條件，分析和解決具體的問題。所述中樞系統(tǒng)模塊，負(fù)責(zé)實現(xiàn)整個可重構(gòu)數(shù)字控制器系統(tǒng)的執(zhí)行、感知、思維和交互四大機(jī)能所涉及的協(xié)調(diào)、信息處理、管理、反饋、監(jiān)控功能，中樞系統(tǒng)模塊包括可重構(gòu)知識庫子模塊、環(huán)境理解子模塊、意圖理解子模塊、狀態(tài)機(jī)決策子模塊，其中可重構(gòu)知識庫子模塊是整個可重構(gòu)數(shù)字控制器的核心，負(fù)責(zé)存儲各種信息，信息包括控制算法信息、啟發(fā)式搜索信息、推理規(guī)則信息、規(guī)劃及策略信息，用戶獲取信息，信息經(jīng)過整理通過人工移植方式輸入可重構(gòu)知識庫子模塊；環(huán)境理解子模塊負(fù)責(zé)對信息感知模塊所采集到的信息進(jìn)行信息融合，并調(diào)用重構(gòu)知識庫子模塊中相應(yīng)類型的信息處理程式進(jìn)行處理；意圖理解子模塊負(fù)責(zé)將環(huán)境理解子模塊所處理的信息與交互接口模塊獲得的輔助信息相結(jié)合，調(diào)用可重構(gòu)知識庫子模塊中相應(yīng)信息，確定用戶的執(zhí)行目的。狀態(tài)機(jī)決策子模塊，根據(jù)環(huán)境理解子模塊處理好的結(jié)果及意圖理解子模塊得到的用戶目的，進(jìn)行狀態(tài)判斷，如果未滿足狀態(tài)改變要求，則繼續(xù)通過信息感知模塊進(jìn)行信息采集，否則通過有限狀態(tài)機(jī)確定具體的執(zhí)行策略，最后調(diào)用相關(guān)狀態(tài)下的執(zhí)行模塊，完成執(zhí)行任務(wù)。所述執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)對外界環(huán)境和對象進(jìn)行作用，包括語音輸出、改變力特征、溫度調(diào)節(jié)控制、圖片攝取、位姿狀態(tài)改變。本發(fā)明工作時，信息感知模塊的內(nèi)信息感知子模塊和外信息感知子模塊分別進(jìn)行內(nèi)部信息感知和從外界接收溫度，力，位姿，圖像等信息，并將該信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊；同時，運(yùn)用交互接口模塊的用戶和可重構(gòu)數(shù)字控制器之間的接口、可重構(gòu)數(shù)字控制器內(nèi)部各模塊之間的接口，獲得用戶輔助信息并將該信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊；中樞系統(tǒng)模塊運(yùn)用可重構(gòu)知識庫子模塊中已有的知識，對信息進(jìn)行有目的的環(huán)境理解、意圖理解，確定用戶目的，狀態(tài)機(jī)決策子模塊根據(jù)用戶的目的，確定具體的控制策略，將處理后的信息通過執(zhí)行模塊作用到對象或環(huán)境上，在執(zhí)行模塊工作過程中，信息感知模塊不斷進(jìn)行信息采集，進(jìn)行自我監(jiān)視和調(diào)控。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果(1)本發(fā)明從可重構(gòu)數(shù)字控制器自治域的功能結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，系統(tǒng)地解決了自治域各個組成模塊的職能、工作流程等問題；(2)本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上采用了的模塊化結(jié)構(gòu)，具備著可重構(gòu)的性能，使得可重構(gòu)數(shù)字控制器在硬件和軟件功能上都能很容易的實現(xiàn)重構(gòu)以滿足不同類型數(shù)控產(chǎn)品的具體要求；(3)數(shù)控產(chǎn)品在具體使用過程中，利用可重構(gòu)控制器自治域模塊，在整個制造過程中的加工順序以及加工過程也能夠很容易地實現(xiàn)重構(gòu)；(4)本發(fā)明使得可重構(gòu)數(shù)字控制器在硬件設(shè)計和軟件設(shè)計上得到快速重構(gòu)，大大節(jié)省開發(fā)與投產(chǎn)周期，使得數(shù)控系統(tǒng)原本開發(fā)周期半年縮短到2-3月。圖l是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明信息感知模塊結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明交互接口模塊的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是本發(fā)明中樞系統(tǒng)模塊中有限狀態(tài)機(jī)的流程示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括信息感知模塊、交互接口模塊、中樞系統(tǒng)模塊和執(zhí)行模塊，其中信息感知模塊負(fù)責(zé)接收溫度、力、位姿、圖像信息，并將該信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊，交互接口模塊負(fù)責(zé)獲得用戶輔助信息，并將用戶輔助信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊，中樞系統(tǒng)模塊負(fù)責(zé)接收信息感知模塊和交互接口模塊傳輸?shù)男畔?，運(yùn)用己有的知識，對這些信息進(jìn)行理解、確定執(zhí)行目的，進(jìn)行計算和處理，并根據(jù)確定的執(zhí)行目的，決定具體的控制策略，將處理好的信息傳遞給執(zhí)行模塊；執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)將接收到的處理后的信息執(zhí)行作用到對象或環(huán)境上。所述信息感知模塊，包括內(nèi)信息感知子模塊和外信息感知子模塊，內(nèi)信息感知子模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行自我行動、狀態(tài)的監(jiān)視和內(nèi)部信息感知，對整個可重構(gòu)數(shù)字控制器的內(nèi)部狀態(tài)、性能和位姿進(jìn)行感知，是整個信息感知模塊的基礎(chǔ)；外信息感知子模塊通過各種傳感器，負(fù)責(zé)獲取外部環(huán)境中聲音、溫度、圖像、力信息，內(nèi)信息感知子模塊和外信息感知子模塊均將信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊，內(nèi)信息感知子模塊和外信息感知子模塊均將信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊。如圖2(a)所示，所述內(nèi)信息感知模塊，包括如下子模塊狀態(tài)感知子模塊、性能感知子模塊、位姿感知子模塊，其中所述狀態(tài)感知子模塊，由自治域內(nèi)部一些反饋檢測裝置如報警系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)等，獲取當(dāng)前的自治域的工作狀態(tài)；所述性能感知模塊，由性能測評裝置比照預(yù)定的工作性能對當(dāng)前的工作狀態(tài)下，進(jìn)行性能的感知；所述位姿感知模塊，由位姿傳感器測量并反饋當(dāng)前自治域的位姿狀態(tài)；如圖2(b)所示，所述外信息感知模塊，包括如下子模塊視覺子模塊、觸覺子模塊、嗅覺子模塊、接近覺子模塊、聽覺子模塊，其中所述視覺子模塊，由攝像裝置和圖像處理機(jī)組成，負(fù)責(zé)感知、獲取目標(biāo)物的明暗、距離和顏色三種信息，進(jìn)而識別目標(biāo)物的形狀、位置、姿態(tài)、色別特征參數(shù)；所述觸覺子模塊，通過觸覺感知環(huán)境信息，以產(chǎn)生柔軟、靈活、可靠的動作，從而完成復(fù)雜的作業(yè)，而且觸覺本身可以配合或者在某些特定的條件下代替視覺識別物體；所述嗅覺子模塊，感知周圍環(huán)境的氣味，使得可重構(gòu)數(shù)字控制器工作于惡劣危險的工作環(huán)境中；所述接近覺子模塊，感知周圍環(huán)境與自身的距離；所述聽覺子模塊，感知周圍環(huán)境的各種聲音信息。所述交互接口模塊，包括用戶和可重構(gòu)數(shù)字控制器之間的接口和可重構(gòu)數(shù)字控制器內(nèi)部各模塊之間的接口，用戶和可重構(gòu)數(shù)字控制器之間的接口負(fù)責(zé)可重構(gòu)數(shù)字控制器與用戶的信息交互，可重構(gòu)數(shù)字控制器內(nèi)部各模塊之間的接口負(fù)責(zé)其他可重構(gòu)數(shù)字控制器之間進(jìn)行文本信息、語音信息、圖像信息、動畫信息的交互，通過鍵盤輸入、語音輸入、機(jī)器視覺、虛擬現(xiàn)實手段交互溝通，確定各種參數(shù)，規(guī)劃約束條件，分析和解決具體的問題。如圖3所示，所述交互接口模塊，包括如下子模塊系統(tǒng)設(shè)置模塊、系統(tǒng)初始化模塊、參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)控模塊、顯示模塊、仿真模塊、故障診斷模塊、文件處理模塊。所述系統(tǒng)初始化模塊，系統(tǒng)開機(jī)進(jìn)行初始化的時候，負(fù)責(zé)進(jìn)行系統(tǒng)自診斷，査找配置的各種硬件設(shè)備，讀取配置文件夾的配置文件，對系統(tǒng)進(jìn)行初次配置，并將初次配置傳輸?shù)较到y(tǒng)設(shè)置模塊；所述系統(tǒng)設(shè)置模塊，負(fù)責(zé)由用戶對各種信息進(jìn)行理解設(shè)置、規(guī)劃和設(shè)定控制策略、規(guī)定約束條件，在系統(tǒng)初始化模塊里面，已經(jīng)對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了初始的設(shè)置，如果系統(tǒng)初始化模塊初次配置不符合要求，或者要求改變，用戶通過系統(tǒng)設(shè)置模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，直接改變硬件配置參數(shù)，并且寫入配置文件，作為下次啟動時的默認(rèn)配置，同時，提供給參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)控模塊必要的需顯示及監(jiān)控的信息；所述參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)控模塊，負(fù)責(zé)對己經(jīng)由系統(tǒng)初始化模塊對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行初始設(shè)置，但初始設(shè)置不符合要求或者要求改變，進(jìn)行參數(shù)的重新設(shè)置，并監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)信息；所述界面顯示模塊，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置模塊里的設(shè)定來調(diào)用需要顯示的界面元素，參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)控模塊取得這些需要顯示的界面元素的實際數(shù)據(jù)，在界面上顯示出來；所述仿真模塊，負(fù)責(zé)利用計算機(jī)來模擬實際的執(zhí)行過程，是驗證執(zhí)行模塊的可靠性和預(yù)測執(zhí)行過程的工具，減少執(zhí)行過程出錯的機(jī)率，提高工作效率，同時，仿真模塊還可在實際執(zhí)行過程中進(jìn)行實時仿真；所述故障診斷模塊，負(fù)責(zé)對各個執(zhí)行模塊進(jìn)行檢測和調(diào)試，最終確定并解決問題；所述文件處理模塊，負(fù)責(zé)信息的存儲、提取和解釋。所述中樞系統(tǒng)模塊包括可重構(gòu)知識庫子模塊、環(huán)境理解子模塊、意圖理解子模塊、狀態(tài)機(jī)決策子模塊，其中可重構(gòu)知識庫子模塊是整個可重構(gòu)數(shù)字控制器的核心，負(fù)責(zé)存儲各種知識，知識包括控制算法、啟發(fā)式搜索、規(guī)則推理、規(guī)劃及策略，用戶獲取知識，經(jīng)過整理通過人工移植方式輸入可重構(gòu)知識庫子模塊；環(huán)境理解子模塊負(fù)責(zé)對信息感知模塊所采集到的信息進(jìn)行信息融合，并調(diào)用重構(gòu)知識庫子模塊中相應(yīng)類型的信息處理程式進(jìn)行處理；意圖理解子模塊即環(huán)境理解子模塊所處理的信息，結(jié)合交互接口模塊獲得的輔助信息，調(diào)用重構(gòu)知識庫子模塊中相應(yīng)知識，確定用戶目的；狀態(tài)機(jī)決策子模塊，根據(jù)環(huán)境理解子模塊處理好的結(jié)果及意圖理解子模塊得到的用戶目的，進(jìn)行狀態(tài)判斷，如果未滿足狀態(tài)改變要求，則繼續(xù)通過信息感知模塊進(jìn)行信息采集，否則通過有限狀態(tài)機(jī)確定具體的執(zhí)行策略，最后調(diào)用相關(guān)狀態(tài)下的執(zhí)行模塊，完成執(zhí)行任務(wù)。對于不同的控制任務(wù)，狀態(tài)機(jī)的內(nèi)容不同，所以狀態(tài)機(jī)需要不斷的學(xué)習(xí)，從而滿足不同任務(wù)、不同狀態(tài)下的執(zhí)行。所述執(zhí)行模塊，負(fù)責(zé)對外界環(huán)境和對象進(jìn)行作用，包括語音輸出、改變力特征、溫度調(diào)節(jié)控制、圖片攝取、位姿狀態(tài)改變。為描述中樞系統(tǒng)模塊接口的定義和執(zhí)行模塊之間的連接，建立了有限狀態(tài)機(jī)、端口以及控制模塊的數(shù)學(xué)模型，將中樞系統(tǒng)模塊的狀態(tài)機(jī)決策子模塊按照有限狀態(tài)機(jī)的機(jī)制進(jìn)行設(shè)計。所述有限狀態(tài)機(jī)實現(xiàn)了自治域模塊的自治性，其控制過程是一系列離散事件的有序集合，在事件發(fā)生之前系統(tǒng)則處于某一穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定狀態(tài)之間的變化需要外界消息的激發(fā)，而狀態(tài)之間的變化又常常伴隨著事件的發(fā)生，這一特點為有限狀態(tài)機(jī)在可重構(gòu)數(shù)字控制器的狀態(tài)機(jī)決策子模塊中的使用提供了前提條件。如圖4所示，有限狀態(tài)機(jī)是一種表達(dá)離散事件系統(tǒng)的有效方式，一個有限狀態(tài)機(jī)用一系列節(jié)點和標(biāo)記了事件的帶箭頭的直線來抽象描述，圖中節(jié)點代表狀態(tài)，從一個狀態(tài)指向另一個狀態(tài)的箭頭(弧)代表狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。有限狀態(tài)機(jī)(FSM)的數(shù)學(xué)模型如下有限狀態(tài)機(jī)用一個五元組來表示，即FSM:(g,S^，g。,F)，其中(1)2是有限狀態(tài)機(jī)中所有狀態(tài)的集合，對應(yīng)于圖4中的有限狀態(tài)機(jī)，^=諷"^4，5V她5,iSy她Q;(2)S是有限狀態(tài)機(jī)標(biāo)識的所有事件的集合，對應(yīng)于圖4中的有限狀態(tài)機(jī)，2={",/,c，<i};(3)5:gxSj^是轉(zhuǎn)移函數(shù)，圖4中的有限狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)移函數(shù)由表1給出;表l有限狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>(4)《。e2是初始狀態(tài)的集合，《。={5W"};(5)Feg是終結(jié)狀態(tài)的集合，F(xiàn)^StofeB〉。終結(jié)狀態(tài)的集合F表達(dá)了有限狀態(tài)機(jī)期望達(dá)到的一些最終狀態(tài)，通過標(biāo)記這些表達(dá)任務(wù)循環(huán)終結(jié)的狀態(tài)，確保系統(tǒng)的每個狀態(tài)都能夠達(dá)到一個標(biāo)記狀態(tài)，從而避免死鎖現(xiàn)象發(fā)生。事件集合S可進(jìn)一步分為兩個子集^和1^.，分別代表可控事件和不可控事件。對于某一模塊的控制程序來說，其中可控事件；可被控制程序解除，而不可控事件2ue必須由控制程序激活。控制集合M是一個有限狀態(tài)機(jī)以及有限狀態(tài)機(jī)可接受的一組輸入、輸出事件的集合，即M={KW,{M.1,,M.},...,{M./,,M./。,}}式中i^M表示接受輸入、輸出事件的有限狀態(tài)機(jī)，M.l,"表示第l組輸入事件集合，M.l。w表示第l組輸出事件集合。M./,"表示第z'組輸入事件集合，M.U表示第Z組輸出事件集合?？刂萍螹的所有輸入或輸出事件集合必須是離散的，輸出事件集合中的事件由控制集合M決定是否產(chǎn)生，即輸出事件對于這個控制模塊來說可控事件;而輸入事件集合中的事件不能由控制集合M控制，其產(chǎn)生與否由與控制集合M相連的其他集合決定，即輸入事件對于這個控制集合來說是不可控事件。應(yīng)該指出，每個可控事件對于其他集合來說都是不可控事件，而不可控事件對于其他控制集合來說則有可能是可控事件。端口是控制集合的一對輸入、輸出事件集合，例如控制集合M的第/個端口表示為M.z'，這種表示也代表該端口包含的一系列事件。己知兩個控制集合il^和Ms，其中M,={^^,{^.1,，^.1。丄".，{^.",，^^"。,}}MB={FSMS,{Ms.1,,Ms1。,},…,{MB.",,Ms"。,}}若Md;MAn,MJ。w^M,.人，(Kj〈n，l〈k〈n)表示A的第7個接口可以和A^的第it個接口連接。也就是說，兩個控制集合可以相連的條件是，一個控制集合的輸出事件必須被另一個控制集合的輸入識別。為了實現(xiàn)中樞系統(tǒng)模塊和執(zhí)行模塊的同步，在前面定義控制集合和端口的基礎(chǔ)上，提出通過定義控制集合的端口可識別語言來設(shè)計模塊化控制器的方法。這種方法不僅簡化了設(shè)計，而且可以通過修改端口語言使得控制集合可重用，同時不改變連接控制集合的可控制性?？刂萍系亩丝诳勺R別語言完全由該端口的不可控(輸入)事件構(gòu)成。如上述的il^的第_/個端口與Ms的第6個端口的連接，生成的新組合控制集合的端口可識別語言只由，A^丄中的事件組成。本實施例工作時，信息感知模塊的內(nèi)信息感知子模塊和外信息感知子模塊分別進(jìn)行內(nèi)部信息感知和從外界接收溫度、力、位姿、圖像等信息，并將該信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊；同時，運(yùn)用交互接口模塊的用戶和可重構(gòu)數(shù)字控制器之間的接口、可重構(gòu)數(shù)字控制器內(nèi)部各模塊之間的接口，獲得用戶輔助信息并將該信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊；中樞系統(tǒng)模塊運(yùn)用可重構(gòu)知識庫子模塊中己有的知識，對信息進(jìn)行有目的的環(huán)境理解、意圖理解，確定用戶目的，若某一事件其執(zhí)行過程分為若干狀態(tài)，環(huán)境理解子模塊對信息感知模塊所采集到的信息進(jìn)行信息融合，并調(diào)用可重構(gòu)知識庫子模塊中對應(yīng)于該類事件的信息處理程式進(jìn)行信息處理，再經(jīng)過意圖理解子模塊確定的目的輸出作為事件狀態(tài)機(jī)決策子模塊的輸入事件M.l,"，定義其為事件a，事件a的轉(zhuǎn)移函數(shù)為口a，對于該離散事件，當(dāng)輸入時其狀態(tài)為StateA，通過有限狀態(tài)機(jī)F^^對輸入事件M.lw結(jié)合己獲取的相關(guān)信息處理及決策(即狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)口a的作用)，確定最終執(zhí)行狀態(tài)StateB，產(chǎn)生狀態(tài)機(jī)決策子模塊的輸出事件M.l。w，其控制集合為M-(/^M,(M.l,。,M.l。wU，其中只有一個端口M.1，根據(jù)執(zhí)行策略由執(zhí)行模塊作用到對象或環(huán)境上，在執(zhí)行模塊工作過程中，信息感知模塊不斷進(jìn)行信息采集，進(jìn)行自我監(jiān)視和調(diào)控。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例從可重構(gòu)數(shù)字控制器自治域的功能結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，系統(tǒng)地解決了自治域各個組成模塊的職能、工作流程等問題；另外本實施例使得可重構(gòu)數(shù)字控制器在硬件設(shè)計和軟件設(shè)計上得到快速重構(gòu)，大大節(jié)省開發(fā)與投產(chǎn)周期，使得數(shù)控系統(tǒng)原本開發(fā)周期半年縮短到2-3月。權(quán)利要求1.一種可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)，其特征在于，包括信息感知模塊、交互接口模塊、中樞系統(tǒng)模塊和執(zhí)行模塊，其中信息感知模塊負(fù)責(zé)接收溫度、力、位姿、圖像信息，并將該信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊，交互接口模塊負(fù)責(zé)獲得用戶輔助信息，并將用戶輔助信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊，中樞系統(tǒng)模塊負(fù)責(zé)接收信息感知模塊和交互接口模塊傳輸?shù)男畔?，運(yùn)用已有的知識，對這些信息進(jìn)行理解、確定執(zhí)行目的，進(jìn)行計算和處理，并根據(jù)確定的執(zhí)行目的，決定具體的控制策略，將處理好的信息傳遞給執(zhí)行模塊；執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)將接收到的處理后的信息執(zhí)行作用到對象或環(huán)境上。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)，其特征是，所述信息感知模塊，包括內(nèi)信息感知子模塊和外信息感知子模塊，內(nèi)信息感知子模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行自我行動、狀態(tài)的監(jiān)視和內(nèi)部信息感知，對整個可重構(gòu)數(shù)字控制器的內(nèi)部狀態(tài)、性能和位姿進(jìn)行感知，是整個信息感知模塊的基礎(chǔ)；外信息感知子模塊通過各種傳感器，負(fù)責(zé)獲取外部環(huán)境中聲音、溫度、圖像、力信息，內(nèi)信息感知子模塊和外信息感知子模塊均將信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)，其特征是，所述內(nèi)信息感知模塊，包括如下子模塊狀態(tài)感知子模塊、性能感知子模塊、位姿感知子模塊，其中所述狀態(tài)感知子模塊，由自治域內(nèi)部反饋檢測裝置獲取當(dāng)前的自治域的工作狀態(tài)；所述性能感知模塊，由性能測評裝置比照預(yù)定的工作性能對當(dāng)前的工作狀態(tài)下，進(jìn)行性能的感知；所述位姿感知模塊，由位姿傳感器測量并反饋當(dāng)前自治域的位姿狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)，其特征是，所述外信息感知模塊，包括如下子模塊視覺子模塊、觸覺子模塊、嗅覺子模塊、接近覺子模塊、聽覺子模塊，其中所述視覺子模塊，由攝像裝置和圖像處理機(jī)組成，負(fù)責(zé)感知、獲取目標(biāo)物的明暗、距離和顏色三種信息，進(jìn)而識別目標(biāo)物的形狀、位置、姿態(tài)、色別特征參數(shù)；所述觸覺子模塊，通過觸覺感知環(huán)境信息，以產(chǎn)生柔軟、靈活、可靠的動作，從而完成復(fù)雜的作業(yè)，而且觸覺本身可以配合或者在某些特定的條件下代替視覺識別物體；所述嗅覺子模塊，感知周圍環(huán)境的氣味，使得可重構(gòu)數(shù)字控制器工作于惡劣危險的工作環(huán)境中；所述接近覺子模塊，感知周圍環(huán)境與自身的距離；所述聽覺子模塊，感知周圍環(huán)境的各種聲音信息。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)，其特征是，所述交互接口模塊，包括用戶和可重構(gòu)數(shù)字控制器之間的接口和可重構(gòu)數(shù)字控制器內(nèi)部各模塊之間的接口，用戶和可重構(gòu)數(shù)字控制器之間的接口負(fù)責(zé)可重構(gòu)數(shù)字控制器與用戶的信息交互，可重構(gòu)數(shù)字控制器內(nèi)部各模塊之間的接口負(fù)責(zé)其他可重構(gòu)數(shù)字控制器之間進(jìn)行文本信息、語音信息、圖像信息、動畫信息的交互，通過鍵盤輸入、語音輸入、機(jī)器視覺、虛擬現(xiàn)實手段交互溝通，確定各種參數(shù)，規(guī)劃約束條件，分析和解決具體的問題。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)，其特征是，所述交互接口模塊，包括如下子模塊系統(tǒng)設(shè)置模塊、系統(tǒng)初始化模塊、參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)控模塊、顯示模塊、仿真模塊、故障診斷模塊、文件處理模塊；所述系統(tǒng)初始化模塊，系統(tǒng)開機(jī)進(jìn)行初始化的時候，負(fù)責(zé)進(jìn)行系統(tǒng)自診斷，査找配置的各種硬件設(shè)備，讀取配置文件夾的配置文件，對系統(tǒng)進(jìn)行初次配置，并將初次配置傳輸?shù)较到y(tǒng)設(shè)置模塊；所述系統(tǒng)設(shè)置模塊，負(fù)責(zé)由用戶對各種信息進(jìn)行理解設(shè)置、規(guī)劃和設(shè)定控制策略、規(guī)定約束條件，在系統(tǒng)初始化模塊里面，已經(jīng)對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了初始的設(shè)置，如果系統(tǒng)初始化模塊初次配置不符合要求，或者要求改變，用戶通過系統(tǒng)設(shè)置模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，直接改變硬件配置參數(shù)，并且寫入配置文件，作為下次啟動時的默認(rèn)配置，同時，提供給參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)控模塊必要的需顯示及監(jiān)控的信息；所述參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)控模塊，負(fù)責(zé)對已經(jīng)由系統(tǒng)初始化模塊對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行初始設(shè)置，但初始設(shè)置不符合要求或者要求改變，進(jìn)行參數(shù)的重新設(shè)置，并監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)信息；所述界面顯示模塊，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置模塊里的設(shè)定來調(diào)用需要顯示的界面元素，參數(shù)和狀態(tài)監(jiān)控模塊取得這些需要顯示的界面元素的實際數(shù)據(jù)，在界面上顯示出來；所述仿真模塊，負(fù)責(zé)利用計算機(jī)來模擬實際的執(zhí)行過程，是驗證執(zhí)行模塊的可靠性和預(yù)測執(zhí)行過程的工具，同時，仿真模塊還可在實際執(zhí)行過程中進(jìn)行實時仿真；所述故障診斷模塊，負(fù)責(zé)對各個執(zhí)行模塊進(jìn)行檢測和調(diào)試，最終確定并解決問題；所述文件處理模塊，負(fù)責(zé)信息的存儲、提取和解釋。7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)，其特征是，所述中樞系統(tǒng)模塊，負(fù)責(zé)實現(xiàn)整個可重構(gòu)數(shù)字控制器系統(tǒng)的執(zhí)行、感知、思維和交互四大機(jī)能所涉及的協(xié)調(diào)、信息處理、管理、反饋、監(jiān)控功能，中樞系統(tǒng)模塊包括可重構(gòu)知識庫子模塊、環(huán)境理解子模塊、意圖理解子模塊、狀態(tài)機(jī)決策子模塊，其中可重構(gòu)知識庫子模塊是整個可重構(gòu)數(shù)字控制器的核心，負(fù)責(zé)存儲各種信息，信息包括控制算法信息、啟發(fā)式搜索信息、推理規(guī)則信息、規(guī)劃及策略信息，用戶獲取信息，信息經(jīng)過整理通過人工移植方式輸入可重構(gòu)知識庫子模塊；環(huán)境理解子模塊負(fù)責(zé)對信息感知模塊所采集到的信息進(jìn)行信息融合，并調(diào)用重構(gòu)知識庫子模塊中相應(yīng)類型的信息處理程式進(jìn)行處理；意圖理解子模塊負(fù)責(zé)將環(huán)境理解子模塊所處理的信息與交互接口模塊獲得的輔助信息相結(jié)合，調(diào)用可重構(gòu)知識庫子模塊中相應(yīng)信息，確定用戶意圖；狀態(tài)機(jī)決策子模塊，根據(jù)環(huán)境理解子模塊處理好的結(jié)果及意圖理解子模塊得到的用戶意圖，進(jìn)行狀態(tài)判斷，如果未滿足狀態(tài)改變要求，則繼續(xù)通過信息感知模塊進(jìn)行信息采集，否則通過有限狀態(tài)機(jī)確定具體的執(zhí)行策略，最后調(diào)用相關(guān)狀態(tài)下的執(zhí)行模塊，完成執(zhí)行任務(wù)。8.根據(jù)權(quán)利要求l所述的可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)，其特征是，所述執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)對外界環(huán)境和對象進(jìn)行作用，包括語音輸出、改變力特征、溫度調(diào)節(jié)控制、圖片攝取、位姿狀態(tài)改變。全文摘要一種數(shù)字控制
技術(shù)領(lǐng)域：
的可重構(gòu)數(shù)字控制器的自治域系統(tǒng)，包括信息感知模塊、交互接口模塊、中樞系統(tǒng)模塊和執(zhí)行模塊，信息感知模塊負(fù)責(zé)接收溫度、力、位姿、圖像信息，并將該信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊，交互接口模塊負(fù)責(zé)獲得用戶輔助信息，并將用戶輔助信息傳輸給中樞系統(tǒng)模塊，中樞系統(tǒng)模塊負(fù)責(zé)接收信息感知模塊和交互接口模塊傳輸?shù)男畔?，運(yùn)用已有的知識，對這些信息進(jìn)行理解、確定執(zhí)行目的，進(jìn)行計算和處理，并根據(jù)確定的執(zhí)行目的，決定具體的控制策略，將處理好的信息傳遞給執(zhí)行模塊；執(zhí)行模塊負(fù)責(zé)將接收到的處理后的信息執(zhí)行作用到對象或環(huán)境上。本發(fā)明使得可重構(gòu)數(shù)字控制器在硬件設(shè)計和軟件設(shè)計上得到快速重構(gòu)，大大節(jié)省開發(fā)與投產(chǎn)周期。文檔編號G05B19/042GK101221420SQ20071017188公開日2008年7月16日申請日期2007年12月6日優(yōu)先權(quán)日2007年12月6日發(fā)明者張衍均,徐文超,殷躍紅,健陸,陳祥榴申請人:上海交通大學(xué)