定時器提供統(tǒng)一的控制時鐘基，軸同步精度達(dá)ns級別，同時在FPGA內(nèi)實現(xiàn)多個軸的電流環(huán)控制，使電流環(huán)控制周期可達(dá)100ns級，提高了機(jī)器人多軸控制的性能及精度。所述多軸驅(qū)動子模塊202可采用DSP平臺。
[0051 ] 所述輸出輸入子模塊203，用于根據(jù)所述主控子模塊的指示，對所述各個軸的電流信息進(jìn)行采集，并根據(jù)所述多軸驅(qū)動子模塊的軸控輸出信息進(jìn)行信息處理，轉(zhuǎn)化為所述多軸驅(qū)動模塊可識別信號。
[0052]需要說明的是，所述多軸驅(qū)動模塊包括:智能功率模塊(Intelligent PowerModule，簡稱IPM);所述智能功率模塊不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一起，而且還內(nèi)部集成有過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路，并可將檢測信號送到主控子模塊201。它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門極驅(qū)動電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成，即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng)，也可以保證IPM自身不受損壞。
[0053]所述智能功率模塊通過所述多軸驅(qū)動子模塊的軸控輸出信息，經(jīng)由所述輸出輸入子模塊轉(zhuǎn)化的脈沖調(diào)制信號進(jìn)行驅(qū)動。
[0054]還需要說明的是，所述主控子模塊為所述多軸驅(qū)動子模塊提供實時的軸控參數(shù)；所述軸控參數(shù)包括:各個軸的位置信息，各個軸的速度以及加速度，各個軸的姿態(tài)信息，各個軸的負(fù)載狀態(tài)及慣量；
[0055]所述多軸驅(qū)動子模塊，根據(jù)所述實時的軸控參數(shù)，對各個軸進(jìn)行實時動態(tài)變參數(shù)控制。
[0056]還需要說明的是，所述多軸驅(qū)動子模塊采用集成式多軸驅(qū)動數(shù)字信號處理器。
[0057]還需要說明的是，所述高精度定時器采用現(xiàn)場可編程門陣列控制的定時器。
[0058]還需要說明的是，所述主控子模塊和所述多軸驅(qū)動子模塊采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，且通過標(biāo)準(zhǔn)的PCIE總線接口方式進(jìn)行信息通信。
[0059]還需要說明的是，所述主控子模塊和所述多軸驅(qū)動子模塊之間通過共享內(nèi)存方式，進(jìn)行并行信息通信。
[0060]還需要說明的是，所述輸出輸入子模塊包括:電流采集接口和帶有脈寬調(diào)制解調(diào)接口 ；
[0061]所述電流采集接口，用于根據(jù)所述主控子模塊的指示，對所述各個軸的電流信息進(jìn)行米集；
[0062]所述帶有變寬調(diào)制解調(diào)接口，用于根據(jù)所述多軸驅(qū)動子模塊的軸控輸出信息進(jìn)行信息處理，轉(zhuǎn)化為所述多軸驅(qū)動模塊可識別信號。
[0063]還需要說明的是，所述輸出輸入子模塊還包括:并行接口 ；所述并行接口，用于通過并行總線方式與所述輸入輸出模塊上的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列進(jìn)行通訊，實現(xiàn)主控子模塊對所述輸入輸出模塊上各個輸入、輸出的最終控制。
[0064]基于以上實施例，以下對軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)中控制模塊的具體實現(xiàn)原理進(jìn)行分析，具體如下:所述控制模塊具體包括:主控子模塊201，多軸驅(qū)動子模塊202，輸出輸入子模塊203 ;所述主控子模塊201為機(jī)器人的主控平臺，運行實時的機(jī)器人各軸運動學(xué)及動力學(xué)算法，為軸驅(qū)動模塊提供實時的軸控位置、速度及加速度等，運行機(jī)器人程序解析、狀態(tài)及邏輯處理等非實時程序，運行軟PLC，同時運行各種總線主、從棧協(xié)議及驅(qū)動。
[0065]所述多軸驅(qū)動子模塊202為集成式多軸驅(qū)動子模塊；該模塊采用DSP平臺，通過FPGA提供的高精度定時器，可實現(xiàn)機(jī)器人各個軸納秒級的同步精度，大大提高了機(jī)器人的運行精度，同時主控制子模塊內(nèi)的動力學(xué)模型會將機(jī)器人不同運行姿態(tài)和負(fù)載下的各軸速度、加速度及慣量等參數(shù)實時提供給多軸驅(qū)動模塊，可做到各軸實時動態(tài)變參數(shù)控制，提高機(jī)器人高速、重載運行的穩(wěn)定性。所述主控子模塊201與多軸驅(qū)動子模塊202都采用FPGA，通過板級PCIE總線接口通訊，所述主控子模塊201與多軸驅(qū)動子模塊202之間通過共享內(nèi)存方式采用并行通訊，實現(xiàn)了所述主控子模塊201與多軸驅(qū)動子模塊202間的高速通路，同時所述控制模塊102還帶有各個軸編碼器接口，采集機(jī)器人各個軸關(guān)節(jié)的位置信息，帶有電流采樣接口，采集機(jī)器人各個關(guān)節(jié)軸的電流信息，帶有PWM接口，將多軸驅(qū)動模塊的軸控輸出轉(zhuǎn)化為PWM信號控制多軸驅(qū)動模塊上的IPM模塊，實現(xiàn)最終各個軸的驅(qū)動控制。另外，所述控制模塊通過并行總線方式與輸入輸出模塊上的FPGA通訊，實現(xiàn)控制模塊對輸入輸出模塊上各個輸入、輸出的最終控制。
[0066]值得一提的是，本實施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應(yīng)用中，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現(xiàn)。此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實施方式中并沒有將與解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問題關(guān)系不太密切的單元引入，但這并不表明本實施方式中不存在其它的單
J L.ο
[0067]本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的控制模塊根據(jù)所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器的設(shè)置以及指示，實現(xiàn)對系統(tǒng)整體的控制，包含所述多軸驅(qū)動模塊的驅(qū)動控制，從而提高了系統(tǒng)控制集成度及控制性能，大大降低了硬件設(shè)計成本；本發(fā)明的控制模塊還可以通過所述輸入輸出模塊進(jìn)行信息采集，從而可以根據(jù)采集的信息進(jìn)行實時控制，提高整個系統(tǒng)控制精度以及穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明技術(shù)方案中控制模塊通過主控子模塊進(jìn)行系統(tǒng)整體控制，并通過多軸驅(qū)動子模塊對所述多軸驅(qū)動模塊進(jìn)行驅(qū)動控制，所述多軸驅(qū)動子模塊通過高精度定時器對所述各個軸進(jìn)行同步控制，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)對各個軸的驅(qū)動控制精度。本發(fā)明技術(shù)方案中主控子模塊通過實時提供軸控參數(shù)給所述多軸驅(qū)動子模塊，從而使得所述多軸驅(qū)動子模塊能夠更加及時對各個軸進(jìn)行驅(qū)動調(diào)整，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及速度。本發(fā)明技術(shù)方案中所述主控子模塊和所述多軸驅(qū)動子模塊通過采用精度更高的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，以及通信速度更高的PCIE總線接口，使得信息交互速度提高，為機(jī)器人運動及控制模塊中動力學(xué)模型及伺服驅(qū)動模型之間搭建了高速、高帶寬的數(shù)據(jù)通道。
[0068]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，包含:機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器，控制模塊，多軸驅(qū)動模塊和輸入輸出模塊； 所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器，用于進(jìn)行人機(jī)交互，通過所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器對所述控制模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置以及操作控制，并接收所述控制模塊反饋的信息； 所述控制模塊，用于根據(jù)所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器的設(shè)置以及指示，對上述多軸驅(qū)動模塊進(jìn)行實時控制，并通過所述輸入輸出模塊進(jìn)行數(shù)字量輸出和輸入量采集； 所述多軸驅(qū)動模塊，用于根據(jù)所述控制模塊的指示，對機(jī)器人的各個軸進(jìn)行驅(qū)動； 所述輸入輸出模塊，用于根據(jù)所述控制模塊的指示進(jìn)行信息采集，以及與外界進(jìn)行信息交互。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊包括:主控子模塊，多軸驅(qū)動子模塊，輸出輸入子模塊； 所述主控子模塊，用于解析所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器發(fā)送的信息，并根據(jù)解析出來的信息，進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)設(shè)置，計算所述機(jī)器人各個軸的實時位置，對所述多軸驅(qū)動子模塊進(jìn)行控制，并通過所述輸入輸出子模塊采集各個軸的電流信息； 所述多軸驅(qū)動子模塊，用于根據(jù)所述主控子模塊的指示，對所述各個軸進(jìn)行驅(qū)動控制處理，且通過高精度定時器對所述各個軸進(jìn)行同步控制； 所述輸出輸入子模塊，用于根據(jù)所述主控子模塊的指示，對所述各個軸的電流信息進(jìn)行采集，并根據(jù)所述多軸驅(qū)動子模塊的軸控輸出信息進(jìn)行信息處理，轉(zhuǎn)化為所述多軸驅(qū)動模塊可識別信號。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多軸驅(qū)動豐吳塊包括:智能功率t吳塊； 所述智能功率模塊通過所述多軸驅(qū)動子模塊的軸控輸出信息，經(jīng)由所述輸出輸入子模塊轉(zhuǎn)化的脈沖調(diào)制信號進(jìn)行驅(qū)動。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控子模塊為所述多軸驅(qū)動子模塊提供實時的軸控參數(shù)；所述軸控參數(shù)包括:各個軸的位置信息，各個軸的速度以及加速度，各個軸的姿態(tài)信息，各個軸的負(fù)載狀態(tài)及慣量； 所述多軸驅(qū)動子模塊，根據(jù)所述實時的軸控參數(shù)，對各個軸進(jìn)行實時動態(tài)變參數(shù)控制。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多軸驅(qū)動子模塊采用集成式多軸驅(qū)動數(shù)字信號處理器。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述高精度定時器采用現(xiàn)場可編程門陣列控制的定時器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控子模塊和所述多軸驅(qū)動子模塊采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，且通過標(biāo)準(zhǔn)的PCIE總線接口方式進(jìn)行信息通信。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控子模塊和所述多軸驅(qū)動子模塊之間通過共享內(nèi)存方式，進(jìn)行并行信息通信。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出輸入子模塊包括:電流采集接口和帶有脈寬調(diào)制解調(diào)接口 ； 所述電流采集接口，用于根據(jù)所述主控子模塊的指示，對所述各個軸的電流信息進(jìn)行米集； 所述帶有變寬調(diào)制解調(diào)接口，用于根據(jù)所述多軸驅(qū)動子模塊的軸控輸出信息進(jìn)行信息處理，轉(zhuǎn)化為所述多軸驅(qū)動模塊可識別信號。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出輸入子模塊還包括:并行接口 ；所述并行接口，用于通過并行總線方式與所述輸入輸出模塊上的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列進(jìn)行通訊，實現(xiàn)主控子模塊對所述輸入輸出模塊上各個輸入、輸出的最終控制。
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括:機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器，控制模塊，多軸驅(qū)動模塊和輸入輸出模塊；機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器，用于進(jìn)行人機(jī)交互，通過所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器對所述控制模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置以及操作控制，并接收所述控制模塊反饋的信息；控制模塊，用于根據(jù)所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器的設(shè)置以及指示，對上述多軸驅(qū)動模塊進(jìn)行實時控制，并通過所述輸入輸出模塊進(jìn)行信息采集；多軸驅(qū)動模塊，用于根據(jù)所述控制模塊的指示，對機(jī)器人的各個軸進(jìn)行驅(qū)動；輸入輸出模塊，用于根據(jù)所述控制模塊的指示進(jìn)行數(shù)字量輸出和輸入量采集。采用本發(fā)明技術(shù)方案不但可以降低成本,還提高系統(tǒng)精度及穩(wěn)定性。
【IPC分類】B25J9/16
【公開號】CN105364926
【申請?zhí)枴緾N201510812468
【發(fā)明人】李鵬, 楊基鵬, 徐凱, 陳魁
【申請人】上海新時達(dá)電氣股份有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月20日