[發明專利]機械臂系統中的M－LVDS高速串行通信裝置及其通信控制方法

無效

• 申請號: 200710144404.8
• 申請日: 2007-09-30
• 公開（公告）號: CN101131586A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 黃劍斌;劉宏;謝宗武;金明河;孫奎;蔣再男;劉璐;熊根良
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 朱永林

技術領域

本發明涉及的是高速串行通信的技術領域。

背景技術

HIT四自由度可折疊機器人系統由機械臂和末端HIT-DLR靈巧手組成，整體重量約為25kg，伸直狀態高度約為1.3m。機械臂共有四個旋轉關節，每個關節的設計采用大中心孔永磁無刷直流電機進行驅動，通過160∶1的諧波減速器實現大力矩輸出。系統內所有走線均從中心孔穿過，結構緊湊，并避免關節內產生繞線現象。通過此機器人，可以代替人在危險、惡劣的環境下完成普通裝置所不能完成的復雜操作任務，將在惡劣的空間環境、危險的核工業環境和高級服務機器人等領域發揮重要作用。

在機械手電氣設計上采用上下位機結構：下位機由四個關節和靈巧手組成，控制電路集成在關節和靈巧手內部，其微處理器均采用FPGA；上位機電路設計通過PCI總線集成在主計算機中，其微處理器使用DSP/FPGA，其中FPGA主要實現數據的收發功能，是系統總線的重要組成部分。上下位機采用兩條高速串行總線，將機械臂和靈巧手分開通信，以實現實時高精度的宏微協調操作，其中靈巧手采用點對點PPSeCo通信(專利號200410013732.0)。另外，上位機DSP與主計算機實時通信，DSP接收主計算機的操作信號，主計算機通過DSP反饋機械手的狀態變量。

對于上位機DSP、下位機FPGA只能進行定點運算，運算速度較慢且內部微處理器資源有限，不利于實現系統運動學、動力學、軌跡規劃和動態補償等運算。為了提高機器人系統動態性和穩定性，下位機應以最快的速度從上位機更新關節角度期望值、速度值、加速度值和此時關節所承受的重力。

上海交通大學申請了“基于通用串行總線接口的個人機械臂系統(公開號1434391)的專利，將USB總線應用于固定機械臂同個人計算機相連接，使機械臂具有即插即用功能，但是實際系統仍受USB總線協議中所規定的電纜長度和通信速率的限制。

發明內容

本發明是為了克服現有機械手的上位機與下位機之間通訊總線的通信速率太低，導致存在下位機不能快速的從上位機中更新關節角度期望值、速度值、加速度值和此時關節所承受的重力數據的問題。而提出了一種機械臂系統中的M-LVDS高速串行通信裝置及其通信控制方法。

本發明由主節點2、多個分節點3、串行總線4、電阻RT1、電阻RT2組成；

主節點2由主FPGA邏輯器件2-1、主M-LVDS驅動收發器2-2組成；

FPGA邏輯器件2-1的通信數據輸入輸出總線端連接上位機中的DSP數字信號處理器1的通信數據輸入輸出總線端，FPGA邏輯器件2-1的M-LVDS數據控制輸出輸入總線端連接主M-LVDS驅動收發器2-2的數據控制輸出輸入總線端；

每個分節點3都由M-LVDS驅動收發器3-1、FPGA邏輯器件3-2組成；

M-LVDS驅動收發器3-1的數據控制輸出輸入總線端連接FPGA邏輯器件3-2的M-LVDS數據控制輸出輸入總線端，FPGA邏輯器件3-2的通信數據輸入輸出總線端為外部數據輸入輸出端；

主節點2中的主M-LVDS驅動收發器2-2的串行通信端、每個分節點3中的M-LVDS驅動收發器3-1的串行通信端都依次連接在串行總線4上，串行總線4兩端的兩條線之間分別跨接有電阻RT1、電阻RT2。

機械臂系統中的M-LVDS高速串行通信控制方法步驟為：

步驟一、開機，系統自檢；

步驟二、每個分節點3中的FPGA邏輯器件3-2都讀取自己的地址數據；地址數據包括接收總線地址和發送給主節點2中的主FPGA邏輯器件2-1的地址；

步驟三、設置數據收發過程時間T，分節點數量N，設置每個分節點3發送數據時間T1；

步驟四、主節點2的主FPGA邏輯器件2-1中的接收模塊處于待機狀態，每個分節點3中的FPGA邏輯器件3-2的收發模塊處于待機狀態并實時接收串行總線4上傳送的數據，主節點2中的主FPGA邏輯器件2-1的發送模塊開始開啟周期為T的定時中斷；

步驟五、主節點2的主FPGA邏輯器件2-1的發送模塊判斷是否進入T定時中斷，判斷結果為否，則待機，判斷結果為是，則進入T定時中斷過程；在T定時中斷程序過程中，首先將已經接收到的各分節點3數據按照分節點3順序合并成包上傳發送給上位機中的DSP數字信號處理器1，(第一個周期數據均為0)，然后下傳上位機中的DSP數字信號處理器1中發給各分節點3的數據；開啟T1單分節點3數據發送定時中斷，并打開發送標志位，退出T中斷過程進入待機狀態；