本發(fā)明涉及嵌入式計算機控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機器人控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

西安電子科技大學(xué)開發(fā)的六自由度專用運動控制器硬件平臺采用ARM+FPGA架構(gòu)，一方面采用總線方式實現(xiàn)對多個電機的控制，具體的底層驅(qū)動由智能設(shè)備完成，能夠?qū)υO(shè)備狀態(tài)、故障等進(jìn)行實時檢測；另一方面，外部傳感器的采樣功能由輔助功能芯片F(xiàn)PGA來完成，而作為主控芯片的ARM微控制器則只是在需要的時候通過外部接口獲取需要的數(shù)據(jù)。

但是現(xiàn)有技術(shù)存在如下缺點：

1)、采用ARM作為機器人動力學(xué)運算單元，使得系統(tǒng)做大規(guī)模復(fù)雜運算時候效率低下；

2)、控制方式單一，僅支持總線通訊或者單一脈沖模擬量控制方式，不夠靈活。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提出一種機器人控制系統(tǒng)，能有效的降低主控芯片的開銷，并且控制方式比較自由靈活，可適應(yīng)多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述問題：

一種機器人控制系統(tǒng)，包括雙核處理器，雙核處理器分別與網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、監(jiān)控模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器、脈沖發(fā)生模塊、DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接；網(wǎng)絡(luò)通訊模塊與上位機連接；脈沖發(fā)生模塊與脈沖指令伺服驅(qū)動器連接；DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與模擬量指令伺服驅(qū)動器連接；網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器與伺服電機連接；伺服電機還分別與脈沖指令伺服驅(qū)動器、模擬量指令伺服驅(qū)動器、機器人、編碼器連接；還包括電源管理模塊；

所述電源管理模塊用于給控制系統(tǒng)提供電源；

所述雙核處理器包括第一處理器、第二處理器；第一處理器與第二處理器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；

所述第一處理器用于負(fù)責(zé)機器人的運動規(guī)劃、軌跡規(guī)劃和外圍控制；

所述第二處理器用于負(fù)責(zé)機器人的動力學(xué)及運動學(xué)運算和閉環(huán)控制；

所述上位機用于用戶操作選擇控制系統(tǒng)的控制方式，控制方式包括網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式、脈沖指令控制方式、模擬量指令控制方式；

所述網(wǎng)絡(luò)通訊模塊用于實現(xiàn)上位機與控制系統(tǒng)子節(jié)點的高效通訊；

所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲各種數(shù)據(jù)；

所述監(jiān)控模塊用于檢測控制系統(tǒng)的溫度、電壓以及電流；

所述網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器用于根據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)信號驅(qū)動伺服電機；

所述脈沖發(fā)生模塊用于根據(jù)接收的脈沖發(fā)生指令發(fā)出相應(yīng)的脈沖指令；

所述脈沖指令驅(qū)動器用于根據(jù)接收的脈沖指令驅(qū)動伺服電機；

所述DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于將接收的數(shù)字指令轉(zhuǎn)變模擬量指令；

所述模擬量指令伺服驅(qū)動器用于根據(jù)接收的模擬量指令驅(qū)動伺服電機；

所述伺服電機用于驅(qū)動機器人做出相應(yīng)的機械動作；

所述編碼器用于采集伺服電機上的運行參數(shù)實時反饋到雙核處理器，實現(xiàn)閉環(huán)運算。

進(jìn)一步地，所述第一處理器為ARM處理器，第二處理器為DSP處理器。

進(jìn)一步地，所述網(wǎng)絡(luò)通訊模塊通過以太網(wǎng)實現(xiàn)上位機與控制系統(tǒng)子節(jié)點的高效通訊，所述網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器根據(jù)接收的以太網(wǎng)信號驅(qū)動伺服電機。

進(jìn)一步地，所述機器人控制系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的串口模塊，所述串口模塊用于采用串行通信方式的擴展接口實現(xiàn)控制系統(tǒng)與外部設(shè)備相連接。

進(jìn)一步地，所述機器人控制系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的顯示模塊，所述顯示模塊用于顯示反映控制系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步地，所述機器人控制系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的擴展IO模塊，所述擴展IO模塊用于控制系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析或交換。

進(jìn)一步地，所述電源管理模塊向網(wǎng)絡(luò)通訊模塊供電低壓5V，向控制系統(tǒng)其他模塊供電低壓3.3V。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1)、本發(fā)明采用ARM作為外圍控制及檢測，DSP完成系統(tǒng)動力學(xué)運算，充分利用了各自的優(yōu)勢，精簡了控制系統(tǒng)，同時性價比大幅度提高；

2)、本發(fā)明采用EhtherNet可實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換及組網(wǎng)；

3)、本發(fā)明具備EtherNet和脈沖模擬量控制方式以供選擇，控制方式比較自由靈活，可適應(yīng)多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明機器人控制系統(tǒng)實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明機器人控制系統(tǒng)實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。需要指出的是，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例，基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供一種機器人控制系統(tǒng)，包括雙核處理器，雙核處理器分別與網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、監(jiān)控模塊、網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器、脈沖發(fā)生模塊、DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接；網(wǎng)絡(luò)通訊模塊與上位機連接；脈沖發(fā)生模塊與脈沖指令伺服驅(qū)動器連接；DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與模擬量指令伺服驅(qū)動器連接；網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器與伺服電機連接；伺服電機還分別與脈沖指令伺服驅(qū)動器、模擬量指令伺服驅(qū)動器、機器人、編碼器連接；還包括電源管理模塊。

所述電源管理模塊用于給控制系統(tǒng)提供電源，電源管理模塊為低壓電源，電源管理模塊向網(wǎng)絡(luò)通訊模塊供電低壓5V，向控制系統(tǒng)其他模塊供電低壓3.3V。

所述雙核處理器采用F28M36P63C2，雙核處理器包括第一處理器、第二處理器；第一處理器與第二處理器之間通過IPC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；第一處理器為ARM處理器，第二處理器為DSP處理器，ARM處理器用于負(fù)責(zé)機器人的運動規(guī)劃、軌跡規(guī)劃和外圍控制，DSP處理器用于負(fù)責(zé)機器人的動力學(xué)及運動學(xué)運算和閉環(huán)控制。

所述上位機用于用戶操作選擇控制系統(tǒng)的控制方式，控制方式包括網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式、脈沖指令控制方式、模擬量指令控制方式，方便用戶實時切換控制方式，控制方式比較靈活，可采用多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機，通用性比較強。

所述網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器用于根據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)信號驅(qū)動伺服電機；所述脈沖發(fā)生模塊用于根據(jù)接收的脈沖發(fā)生指令發(fā)出相應(yīng)的脈沖指令；所述脈沖指令驅(qū)動器用于根據(jù)接收的脈沖指令驅(qū)動伺服電機；所述DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊用于將接收的數(shù)字指令轉(zhuǎn)變模擬量指令；電路采用DAC8871芯片實現(xiàn)±10V模擬量電壓的產(chǎn)生；所述模擬量指令伺服驅(qū)動器用于根據(jù)接收的模擬量指令驅(qū)動伺服電機；根據(jù)控制方式選擇可適用于多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機，當(dāng)采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式時，網(wǎng)絡(luò)通訊電路單元有效，當(dāng)采用脈沖指令控制方式時，脈沖發(fā)生電路單元有效，當(dāng)采用模擬量控制方式時，DAC電路使能有效。

所述伺服電機用于驅(qū)動機器人做出相應(yīng)的機械動作。

所述網(wǎng)絡(luò)通訊模塊用于實現(xiàn)上位機與控制系統(tǒng)子節(jié)點的高效通訊，采用EtherNET總線方式，實現(xiàn)上位機與機器人控制系統(tǒng)子節(jié)點高效通訊或者控制系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的通訊，EtherNet通訊端口電路采用LAN8710和H1102網(wǎng)口變壓器實現(xiàn)。

所述監(jiān)控模塊用于檢測控制系統(tǒng)的溫度、電壓以及電流。

所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲各種數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控模塊檢測的各種參數(shù)。

所述編碼器用于采集伺服電機上的運行參數(shù)實時反饋到雙核處理器，實現(xiàn)閉環(huán)運算。安裝在機器人伺服電機上的正交編碼器實時將伺服電機上的運行參數(shù)反饋到控制系統(tǒng)，實現(xiàn)閉環(huán)運算。

本發(fā)明采用ARM+DSP控制策略，取代傳統(tǒng)方式中工業(yè)計算機PC+運動控制卡+伺服驅(qū)動器+伺服電機控制方式，ARM負(fù)責(zé)機器人的運動規(guī)劃以及軌跡規(guī)劃，DSP處理器則負(fù)責(zé)機器人的動力學(xué)以及運動學(xué)運算，充分利用了DSP強大的運算能力以及ARM的外圍控制能力。這樣的功能分配能有效的降低主控芯片的開銷，將更多的資源用于控制系統(tǒng)安全性和精確的控制，性價比可大幅度提高。

本發(fā)明具備EtherNet和脈沖模擬量控制方式可供用戶選擇，可適應(yīng)多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機，方便用戶實時切換控制方法，通用性比較強。

本發(fā)明的工作流程如下：

用戶首先通過上位機選擇控制系統(tǒng)的控制方式，控制方式可選擇網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式、脈沖指令控制方式、模擬量指令控制方式，網(wǎng)絡(luò)通訊模塊實現(xiàn)上位機與控制系統(tǒng)子節(jié)點的高效通訊，雙核處理器F28M36P63C2包括ARM處理器、DSP處理器，ARM處理器與DSP處理器之間通過IPC可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，ARM處理器用于負(fù)責(zé)機器人的運動規(guī)劃、軌跡規(guī)劃和外圍控制，DSP處理器用于負(fù)責(zé)機器人的動力學(xué)及運動學(xué)運算和閉環(huán)控制，當(dāng)選擇網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式時，網(wǎng)絡(luò)通訊電路單元有效，雙核處理器通過EtherNET總線方式將信號發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器，網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動器根據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)信號驅(qū)動伺服電機帶動機器人做出相應(yīng)的機械動作；當(dāng)選擇脈沖指令控制方式時，脈沖發(fā)生電路單元有效，雙核處理器發(fā)出脈沖發(fā)生指令到脈沖發(fā)生模塊，脈沖發(fā)生模塊根據(jù)接收的脈沖發(fā)生指令發(fā)出相應(yīng)的脈沖指令，脈沖指令伺服驅(qū)動器根據(jù)接收的脈沖指令驅(qū)動伺服電機帶動機器人做出相應(yīng)的機械動作；當(dāng)選擇模擬量指令控制方式時，DAC電路使能有效，雙核處理器發(fā)出數(shù)字指令到DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將接收的數(shù)字指令轉(zhuǎn)變模擬量指令，模擬量指令伺服驅(qū)動器根據(jù)接收的模擬量指令驅(qū)動伺服電機帶動機器人做出相應(yīng)的機械動作，監(jiān)控模塊用于檢測控制系統(tǒng)的溫度、電壓以及電流，數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲各種數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控模塊檢測的各種參數(shù)，編碼器用于采集伺服電機上的運行參數(shù)實時反饋到雙核處理器，實現(xiàn)閉環(huán)運算。

實施例2

如圖2所示，本發(fā)明還提供一種機器人控制系統(tǒng)所述機器人控制系統(tǒng)，在實施例1的基礎(chǔ)上還包括與雙核處理器連接的串口模塊，所述串口模塊用于采用串行通信方式的擴展接口實現(xiàn)控制系統(tǒng)與外部設(shè)備相連接。

所述機器人控制系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的顯示模塊，所述顯示模塊用于顯示反映控制系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

所述機器人控制系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的擴展IO模塊，所述擴展IO模塊用于控制系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析或交換。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1)、本發(fā)明采用ARM作為外圍控制及檢測，DSP完成系統(tǒng)動力學(xué)運算，充分利用了各自的優(yōu)勢，精簡了控制系統(tǒng)，同時性價比大幅度提高；

2)、本發(fā)明采用EhtherNet可實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換及組網(wǎng)；

3)、本發(fā)明具備EtherNet和脈沖模擬量控制方式以供選擇，控制方式比較自由靈活，可適應(yīng)多種控制方式的伺服驅(qū)動器及伺服電機。

以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。