[發明專利]基于FPGA的多指節機器人控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201310361887.2
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103419201A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 劉霖;張峰;劉文聰;郭濤;楊先明;陳鎮龍;羅穎;宋昀岑;劉娟秀
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 劉興亮

技術領域

本發明涉及機器人控制技術領域，尤其涉及一種基于FPGA的多指節機器人控制系統及其控制方法。

背景技術

在傳統用FPGA控制多指節機器人的系統中，機器人控制系統主要是依靠FPGA的并行性優勢，其多指節運動的控制大部分集中在控制芯片中，控制芯片內部存儲有整套規劃動作的控制命令，然后通過多級的邏輯運算和邏輯分析，逐級地實現各個軸的運動控制，從而實現機器人整套運動的持續進行。如圖1所示，控制端發出整套規劃動作指令，整套規劃動作通過控制芯片邏輯分解成若干個大動作（大動作1～大動作n），并且這些大動作會按照一定的運動順序開始運動，還能邏輯判定其大動作的循環次數。每個大動作（例如大動作1）會邏輯分解成若干個小動作（小動作1～小動作n），并且這些小動作會按照一定的運動順序開始運動，還能邏輯判定其小動作的循環次數。每個小動作（例如小動作2）會邏輯分解成若干個軸（軸1～軸n），軸是控制軸運動的控制設備，并且這些軸會按照一定的運動順序開始運動，還能邏輯判定其軸的循環次數。

這樣，整套規劃動作的最終運動是軸運動，但是從開始控制到軸運動要經過整套規劃動作的控制芯片、大動作、小動作、軸四級的邏輯分析，并且邏輯分析非常復雜，需要判斷所有大動作的順序以及某個大動作的循環次數，還需要判斷所有小動作的順序以及某個小動作的循環次數，也需要判斷所有軸的順序以及某個軸的循環次數。例如執行小動作2時，小動作2會把控制指令傳輸給軸1、軸2、…軸n，待軸1、軸2、…軸n按照順序運動完成后，最后一個軸n會將完成指令傳輸至小動作2進行邏輯分析，如果小動作2需要循環時，小動作2下的所有軸將重復運動一次；如果小動作2不需要循環時，小動作2就會邏輯分析出小動作2工作完畢，并反饋至大動作1，大動作1發出控制指令給小動作3，讓小動作3進行運動。軸、小動作、大動作的依次反饋就形成了一個嵌套過程，故每次的運動都需要經過四層判斷之后才能得到運動指令信息，特別是循環部分，每次的判斷都需要經過三次的嵌套，當動作復雜或者循環邏輯復雜之后，控制方式和邏輯分析會變得非常復雜，影響機器人的運動反應效率。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種基于FPGA的多指節機器人控制系統，該系統簡化了控制邏輯分析過程，指令解析模塊將不同的指令存放于相對應的RAM大動作和RAM軸中，這樣就使得后續的控制邏輯變得簡單，指令的存儲變得清晰有序，執行控制模塊在運動過程中在提取相應的指令時就不需要經過復雜的邏輯分析；而且增加機器人指節數目時，只需要為新添的關節開辟一個RAM，RAM的邏輯不會受到指節數目的變化而變得復雜，達到了并行控制的最好效果。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種基于FPGA的多指節機器人控制系統，包括整套運動控制端，用于接收整套運動控制端的控制指令并能將控制指令解析、分類成若干個RAM指令的指令解析模塊，以及RAM控制組；整套運動控制端與指令解析模塊電通信連接，RAM控制組包括有至少一個RAM大動作和至少一個RAM軸；RAM大動作接收并儲存來自于指令解析模塊中相對應的RAM指令，RAM大動作的RAM指令用于控制相對應的大動作運動操作；RAM軸接收并儲存來自于指令解析模塊中相對應的RAM指令，RAM軸的RAM指令用于控制相對應的軸運動操作；指令解析模塊分別與各個RAM大動作、RAM軸電通信連接；各個RAM大動作和RAM軸分別與執行控制模塊電通信連接，該執行控制模塊按照RAM指令直接執行大動作操作或軸運動操作。

為了更好地實現本發明，所述RAM大動作的RAM指令包括有控制RAM大動作是否運動以及控制其運動邏輯順序的啟動模塊，控制RAM大動作運動循環邏輯順序和運動次數的循環控制模塊；所述RAM軸的RAM指令包括有控制RAM軸是否運動以及控制其運動邏輯順序的啟動模塊，控制RAM軸運動循環邏輯順序和運動次數的循環控制模塊。指令解析模塊會根據整套運動控制端輸入的控制指令（這些控制指令即可完成整套的機器人智能運動）邏輯處理分析出該整套動作需要的大動作或軸運動，然后存儲到RAM大動作和RAM軸中。

進一步的技術方案是：所述RAM控制組包括有RAM大動作1、RAM大動作2、…RAM大動作n以及RAM軸1、RAM軸2、…RAM軸m，RAM大動作1、RAM大動作2、…RAM大動作n以及RAM軸1、RAM軸2、…RAM軸m分別對應為一個獨立的運動控制單元，所有運動控制單元的控制數據集成為RAM控制組，該RAM控制組為集成RAM芯片。