本發(fā)明涉及嵌入式計(jì)算機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)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(yùn)動(dòng)控制器硬件平臺采用ARM+FPGA架構(gòu)，一方面采用總線方式實(shí)現(xiàn)對多個(gè)電機(jī)的控制，具體的底層驅(qū)動(dòng)由智能設(shè)備完成，能夠?qū)υO(shè)備狀態(tài)、故障等進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)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(diǎn)：

1)、采用ARM作為機(jī)器人動(dòng)力學(xué)運(yùn)算單元，使得系統(tǒng)做大規(guī)模復(fù)雜運(yùn)算時(shí)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(shí)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(jī)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(dòng)器及伺服電機(jī)。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述問題：

一種機(jī)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(dòng)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(jī)連接；脈沖發(fā)生模塊與脈沖指令伺服驅(qū)動(dòng)器連接；DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與模擬量指令伺服驅(qū)動(dòng)器連接；網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)連接；伺服電機(jī)還分別與脈沖指令伺服驅(qū)動(dòng)器、模擬量指令伺服驅(qū)動(dòng)器、機(jī)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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(jī)器人的動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算和閉環(huán)控制；

所述上位機(jī)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(shí)現(xiàn)上位機(jī)與控制系統(tǒng)子節(jié)點(diǎn)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(dòng)器用于根據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)信號驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)；

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(dòng)器用于根據(jù)接收的脈沖指令驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)；

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(dòng)器用于根據(jù)接收的模擬量指令驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)；

所述伺服電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人做出相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作；

所述編碼器用于采集伺服電機(jī)上的運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)反饋到雙核處理器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)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(shí)現(xiàn)上位機(jī)與控制系統(tǒng)子節(jié)點(diǎn)的高效通訊，所述網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)接收的以太網(wǎng)信號驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。

進(jìn)一步地，所述機(jī)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(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與外部設(shè)備相連接。

進(jìn)一步地，所述機(jī)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(jī)器人控制系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的擴(kuò)展IO模塊，所述擴(kuò)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(dòng)力學(xué)運(yùn)算，充分利用了各自的優(yōu)勢，精簡了控制系統(tǒng)，同時(shí)性價(jià)比大幅度提高；

2)、本發(fā)明采用EhtherNet可實(shí)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(dòng)器及伺服電機(jī)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)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(shí)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(dòng)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(jī)器人控制系統(tǒng)實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

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

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合附圖和具體的實(shí)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(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供一種機(jī)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(dòng)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(jī)連接；脈沖發(fā)生模塊與脈沖指令伺服驅(qū)動(dòng)器連接；DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊與模擬量指令伺服驅(qū)動(dòng)器連接；網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)連接；伺服電機(jī)還分別與脈沖指令伺服驅(qū)動(dòng)器、模擬量指令伺服驅(qū)動(dòng)器、機(jī)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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、軌跡規(guī)劃和外圍控制，DSP處理器用于負(fù)責(zé)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算和閉環(huán)控制。

所述上位機(jī)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(shí)時(shí)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(dòng)器及伺服電機(jī)，通用性比較強(qiáng)。

所述網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)信號驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)；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(dòng)器用于根據(jù)接收的脈沖指令驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)；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(shí)現(xiàn)±10V模擬量電壓的產(chǎn)生；所述模擬量指令伺服驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)接收的模擬量指令驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)；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(dòng)器及伺服電機(jī)，當(dāng)采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式時(shí)，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(shí)，脈沖發(fā)生電路單元有效，當(dāng)采用模擬量控制方式時(shí)，DAC電路使能有效。

所述伺服電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人做出相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作。

所述網(wǎng)絡(luò)通訊模塊用于實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與控制系統(tǒng)子節(jié)點(diǎn)的高效通訊，采用EtherNET總線方式，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與機(jī)器人控制系統(tǒng)子節(jié)點(diǎn)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(shí)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(jī)上的運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)反饋到雙核處理器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)算。安裝在機(jī)器人伺服電機(jī)上的正交編碼器實(shí)時(shí)將伺服電機(jī)上的運(yùn)行參數(shù)反饋到控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)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(jì)算機(jī)PC+運(yùn)動(dòng)控制卡+伺服驅(qū)動(dòng)器+伺服電機(jī)控制方式，ARM負(fù)責(zé)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃以及軌跡規(guī)劃，DSP處理器則負(fù)責(zé)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算，充分利用了DSP強(qiáng)大的運(yùn)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(jià)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(dòng)器及伺服電機(jī)，方便用戶實(shí)時(shí)切換控制方法，通用性比較強(qiáng)。

本發(fā)明的工作流程如下：

用戶首先通過上位機(jī)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(shí)現(xiàn)上位機(jī)與控制系統(tǒng)子節(jié)點(diǎn)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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、軌跡規(guī)劃和外圍控制，DSP處理器用于負(fù)責(zé)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)算和閉環(huán)控制，當(dāng)選擇網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式時(shí)，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(dòng)器，網(wǎng)絡(luò)通訊伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)接收的網(wǎng)絡(luò)信號驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)器人做出相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作；當(dāng)選擇脈沖指令控制方式時(shí)，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(dòng)器根據(jù)接收的脈沖指令驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)器人做出相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)作；當(dāng)選擇模擬量指令控制方式時(shí)，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(dòng)器根據(jù)接收的模擬量指令驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)器人做出相應(yīng)的機(jī)械動(dòng)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(jī)上的運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)反饋到雙核處理器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)運(yùn)算。

實(shí)施例2

如圖2所示，本發(fā)明還提供一種機(jī)器人控制系統(tǒng)所述機(jī)器人控制系統(tǒng)，在實(shí)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(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與外部設(shè)備相連接。

所述機(jī)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(jī)器人控制系統(tǒng)還包括與雙核處理器連接的擴(kuò)展IO模塊，所述擴(kuò)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(dòng)力學(xué)運(yùn)算，充分利用了各自的優(yōu)勢，精簡了控制系統(tǒng)，同時(shí)性價(jià)比大幅度提高；

2)、本發(fā)明采用EhtherNet可實(shí)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(dòng)器及伺服電機(jī)。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)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)。