一種嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種小型工業(yè)機(jī)器人控制電路，具體涉及一種嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路。一種基于嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路，它包括系統(tǒng)供電，對外接口部分、控制邏輯部分、外部存儲器借口適配器和信息處理部分。本發(fā)明的優(yōu)點是，它具有較強(qiáng)的硬件接口適應(yīng)性、較強(qiáng)的并行處理能力、較強(qiáng)的運算能力和存儲能力的小型工業(yè)機(jī)器人控制電路。
【專利說明】 一種嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種小型工業(yè)機(jī)器人控制電路，具體涉及一種嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002]小型工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于焊接、打螺絲、點膠、切割、繞線等場合。由于不同類型的機(jī)器人所用外部傳感器種類和數(shù)量各不相同，因此對控制電路的硬件接口適應(yīng)性提出了很高的要求。同時，控制電路作為運動控制算法、傳感器信息處理與補(bǔ)償算法、運動軌跡規(guī)劃算法的運行平臺，運算能力、存儲能力、數(shù)據(jù)并行處理能力都有很高的需求。常用的控制電路一般采用單片機(jī)、微處理器作為核心，輔助常用的邏輯接口電路。該類控制電路優(yōu)點是電路簡單，具有一定的靈活性和適應(yīng)性；其缺點是處理器速度有限，處理能力有限，而且一般集成度較低，片上不具備運動控制系統(tǒng)所需要的專用外設(shè)，比如PWM產(chǎn)生電路等，因此，該類運動控制電路需要較多的元件，這就增加了系統(tǒng)電路板的復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)的可靠性，也難以滿足運算量較大的實時信號處理的需要，難以實現(xiàn)先進(jìn)控制算法，軟件編程難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路，它能夠解決常用控制電路處理能力和處理速度的限制，降低復(fù)雜性、提高可靠性。
[0004]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路，它包括系統(tǒng)供電，對外接口部分、控制邏輯部分、外部存儲器借口適配器和信息處理部分。
[0005]系統(tǒng)供電外接3.3v、5v、15v和24v供電，并為對外接口部分、控制邏輯部分和信息處理部分供電，對外接口部分包括撥碼開關(guān)接口、ID信息讀取接口、急停信號接口、傳感器信號輸入接口、數(shù)碼顯示接口、閥控制接口、前面板顯示接口、外部復(fù)位信號輸入接口、USB接口、232接口、電流測量接口、溫度測量接口和電機(jī)驅(qū)動接口，控制邏輯部分包括輸入開關(guān)量控制邏輯、輸出開關(guān)量控制邏輯、復(fù)位控制邏輯、USB接口控制邏輯、232接口控制邏輯、ADC控制邏輯和電機(jī)驅(qū)動接口控制邏輯，信息處理部分包括可擦寫存儲器FLASH、信號處理器和數(shù)據(jù)存儲器RAM，其中，撥碼開關(guān)接口、ID信息讀取接口、急停信號接口和傳感器信號輸入接口與輸入開關(guān)量控制邏輯連接，數(shù)碼顯示接口、閥控制接口和前面板顯示接口與輸出開關(guān)量控制邏輯連接，外部復(fù)位信號輸入接口與復(fù)位控制邏輯連接，USB接口與USB接口控制邏輯連接，232接口與232接口控制邏輯連接，電流測量接口、溫度測量接口與ADC控制邏輯連接，電機(jī)驅(qū)動接口與電機(jī)驅(qū)動接口控制邏輯連接，輸入開關(guān)量控制邏輯、輸出開關(guān)量控制邏輯、復(fù)位控制邏輯、USB接口控制邏輯、232接口控制邏輯、ADC控制邏輯和電機(jī)驅(qū)動接口控制邏輯均與外部存儲器借口適配器連接，外部存儲器借口適配器還與信號處理器連接，信號處理器分別與可擦寫存儲器FLASH和數(shù)據(jù)存儲器RAM連接。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點是，它具有較強(qiáng)的硬件接口適應(yīng)性、較強(qiáng)的并行處理能力、較強(qiáng)的運 算能力和存儲能力的小型工業(yè)機(jī)器人控制電路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明所提供的一種嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路示意圖；
[0008]圖2為信息處理模塊示意圖；
[0009]圖3為USB通訊模塊示意圖；
[0010]圖4為與電機(jī)驅(qū)動板控制指令傳輸模塊示意圖；
[0011]圖5為輸入開關(guān)量模塊不意圖；
[0012]圖6為輸出開關(guān)量不意圖；
[0013]圖7為ADC模塊示意圖；
[0014]圖8為電源轉(zhuǎn)換模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0016]一種嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路，它采用數(shù)字信號處理器(DSP) +可編程邏輯器件(FPGA)的架構(gòu)，利用DSP的高速數(shù)據(jù)處理能力和FPGA的超強(qiáng)并行處理能力。DSP主要用于運行控制算法、軌跡規(guī)劃、傳感器信息的補(bǔ)償。FPGA主要用于處理器和存儲器的接口適配、并行信息采集。控制電路的原理框圖如圖1所示。
[0017]其中控制邏輯部分和外部存儲器接口適配器由XC3S1000A(FPGA)實現(xiàn)，信息處理部分由 TMS320C6727⑶H300 (DSP)、MT48LC32M4 (SDRAM)、S29GL512 (FLASH)組成。其中控制邏輯部分包括輸入/輸出開關(guān)量控制邏輯、復(fù)位功能控制邏輯、USB接口控制邏輯、232接口控制邏輯、ADC控制邏輯、電機(jī)驅(qū)動接口控制邏輯。對外硬件接口部分包括USB接口，232接口，外部復(fù)位信號輸入接口，電流、溫度等模擬量信號接口，ID信息、撥碼等顯控信號接口。
[0018]由FPGA實現(xiàn)控制邏輯和完成接口適配解決了以下幾個問題:(I)所有的控制邏輯部分均由FPGA實現(xiàn)，減少了元器件的使用數(shù)量，從而提高了可靠性。(2)FPGA的并行處理能力很強(qiáng)，因此，信息采集速度得到了提高。(3)由FPGA完成PWM、ADC、復(fù)位等功能模塊實現(xiàn)，減輕了處理器DSP的運算壓力，從而提高了控制算法的運行速度。(4)由FPGA來實現(xiàn)各功能模塊，硬件可編程，接口適應(yīng)性得到了提高。
[0019]由于DSP對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計，編譯效率和指令執(zhí)行速度都得到了很大的提聞。
[0020]按照圖1的框圖，分信息處理模塊、USB通訊模塊、232模塊、與電機(jī)驅(qū)動板控制指令傳輸模塊、輸入開關(guān)量模塊、輸出開關(guān)量模塊、ADC模塊、復(fù)位模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊介紹【具體實施方式】。
[0021](I)信息處理模塊
[0022]信息處理模塊由DSP、FLASH、數(shù)據(jù)存儲器SDRAM及外圍配置電路組成。相互之間通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線直接連接。
[0023](2) USB通訊模塊
[0024]USB通訊模塊分為USB電氣接口部分和USB控制部分。
[0025]如圖3所示，USB電氣接口部分采用連接器XM7B-0442，為單排A型USB接口。USB控制部分采用控制器ML60851E，由OKI公司研發(fā)。USB數(shù)據(jù)信號和控制器接端接電阻，以增強(qiáng)信號的完整性。USB電源信號經(jīng)過控制邏輯之后接處理器的中斷管腳。處理器IO信號經(jīng)繼電器接控制器。其中控制邏輯由FPGA實現(xiàn)。
[0026](3) 232 模塊
[0027]232模塊設(shè)計實現(xiàn)電路的核心芯片是MAX3232ECAE，是MAXM公司研發(fā)的用于通訊的信號收發(fā)芯片，其含有兩路信號接收和兩路信號發(fā)送。
[0028]( 4 )與電機(jī)驅(qū)動板控制指令傳輸模塊
[0029]主控板通過總線和電機(jī)驅(qū)動板進(jìn)行通訊。包括數(shù)據(jù)線、地址線、控制線，邏輯信號線。如圖6所示。數(shù)據(jù)總線直接與驅(qū)動連接。地址總線和控制總線連接到FPGA。FPGA處理之后經(jīng)接口適配器與DSP連接。如圖5所示。
[0030](5)輸入開關(guān)量模塊
[0031]如圖5框圖所示為帶隔離、帶驅(qū)動電路的輸入開關(guān)量。外部信號經(jīng)過隔離電路和驅(qū)動電路之后，進(jìn)入FPGA的IO管腳。FPGA再經(jīng)接口適配器進(jìn)入DSP處理運算。
[0032]( 6 )輸出開關(guān)量模塊
[0033]輸出開關(guān)量和輸入開關(guān)量類似。
[0034]如框圖6所示DSP經(jīng)接口適配器發(fā)出輸出開關(guān)量控制指令，控制指令經(jīng)驅(qū)動電路、隔離電路輸出給外部接口。驅(qū)動電路的目的是增加信號的驅(qū)動能力并進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，隔離電路的目的是隔離電路的目的是實現(xiàn)信號的分離，避免信號重疊或互相干擾，保證信號的完整性和準(zhǔn)確性。
[0035](7) ADC 模塊
[0036]ADC模塊主要由多路選擇器、電壓跟隨器、濾波電路、模擬開關(guān)、AD轉(zhuǎn)換、接口適配控制邏輯組成。其中接口適配和控制邏輯由FPGA實現(xiàn)。如圖7所示。
[0037]多路選擇器的作用是將多條線路的信號打包到一條線路上來，簡化電路結(jié)構(gòu)、節(jié)約電路成本。電壓跟隨器的主要目的是提高電路的帶載能力。模擬開關(guān)的作用是通過控制輸入來調(diào)整開關(guān)的通斷。模擬電路需要單獨供電以預(yù)防其它電源信號的串?dāng)_。
[0038](8)復(fù)位模塊
[0039]復(fù)位模塊由外部復(fù)位按鈕、復(fù)位芯片組成。復(fù)位芯片主要用來測量外部復(fù)位信號和電源供電信號。外部復(fù)位信號和復(fù)位芯片復(fù)位信號經(jīng)FPGA處理后接DSP處理。
[0040](9)電源轉(zhuǎn)換模塊
[0041]主控電路的外部供電為24V。分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字5V、模擬+15V、模擬-15V、模擬24V、模擬5V，其中數(shù)字5V再產(chǎn)生數(shù)字3.3V。ADC模塊用到數(shù)字5V、數(shù)字3.3V、模擬+24V、模擬-24V、模擬+15V、模擬-15V、模擬+5V和模擬_5V。FPGA和DSP用到了數(shù)字5V和數(shù)字
3.3。
【權(quán)利要求】
1.一種嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路，其特征在于:它包括系統(tǒng)供電，對外接口部分、控制邏輯部分、外部存儲器借口適配器和信息處理部分。
2.如權(quán)利要求1所述的一種嵌入式小型工業(yè)機(jī)器人控制電路，其特征在于:系統(tǒng)供電外接3.3v、5v、15v和24v供電，并為對外接口部分、控制邏輯部分和信息處理部分供電，對外接口部分包括撥碼開關(guān)接口、ID信息讀取接口、急停信號接口、傳感器信號輸入接口、數(shù)碼顯示接口、閥控制接口、前面板顯示接口、外部復(fù)位信號輸入接口、USB接口、232接口、電流測量接口、溫度測量接口和電機(jī)驅(qū)動接口，控制邏輯部分包括輸入開關(guān)量控制邏輯、輸出開關(guān)量控制邏輯、復(fù)位控制邏輯、USB接口控制邏輯、232接口控制邏輯、ADC控制邏輯和電機(jī)驅(qū)動接口控制邏輯，信息處理部分包括可擦寫存儲器FLASH、信號處理器和數(shù)據(jù)存儲器RAM，其中，撥碼開關(guān)接口、ID信息讀取接口、急停信號接口和傳感器信號輸入接口與輸入開關(guān)量控制邏輯連接，數(shù)碼顯示接口、閥控制接口和前面板顯示接口與輸出開關(guān)量控制邏輯連接，外部復(fù)位信號輸入接口與復(fù)位控制邏輯連接，USB接口與USB接口控制邏輯連接，232接口與232接口控制邏輯連接，電流測量接口、溫度測量接口與ADC控制邏輯連接，電機(jī)驅(qū)動接口與電機(jī)驅(qū)動接口控制邏輯連接，輸入開關(guān)量控制邏輯、輸出開關(guān)量控制邏輯、復(fù)位控制邏輯、USB接口控制邏輯、232接口控制邏輯、ADC控制邏輯和電機(jī)驅(qū)動接口控制邏輯均與外部存儲器借口適配器連接，外部存儲器借口適配器還與信號處理器連接，信號處理器分別與可擦寫存儲器FLASH和數(shù)據(jù)存儲器RAM連接。
【文檔編號】B25J9/16GK103552069SQ201310516114
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】張新華, 王曉林, 王順偉, 黃建, 陳峣 申請人:北京自動化控制設(shè)備研究所