[發明專利]一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路

有效

• 申請號: 201310688067.4
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103722556A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 黃建;張新華;王曉林;揭軍;王順偉
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: B25J13/00
• 分類號: B25J13/00
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 包海燕

1.一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，包括基于DSP的智能控制單元、基于FPGA的數據采集單元、信號調理單元、智能控制輸出單元、智能驅動單元、電源轉換單元、高速模數轉換單元、數據存儲單元、網絡總線通訊單元、功率驅動保護單元、傳感器單元和人機交互單元，其特征在于：基于FPGA的數據采集單元采集傳感器單元經過信號調理單元調理和高速模數轉換單元轉換后的模擬量數據，以及采集經過信號調理單元調理后的數字量數據，后利用中斷信號將兩種數據通過數據總線和地址總線傳送至基于DSP的智能控制單元；基于DSP的智能控制單元收到數據后，對數據進行初步處理，并將部分數據儲存到數據存儲單元；存儲完畢后，基于DSP的智能控制單元再調用數據存儲單元的數據，結合綜控機指令及運動學理論進行數據處理及智能推理，并將智能推理結果輸出至智能控制輸出單元、智能驅動單元及人機交互單元；智能驅動單元接收智能推理結果并輸出功率驅動信號驅動電機運行；網絡總線通訊單元通過收發數據和命令實現基于DSP的智能控制單元與外部網絡總線或綜控機通訊；同時，功率驅動保護單元實時監測系統各部件運行狀態，如有異常狀態及時反饋信息到基于DSP的智能控制單元；電源轉換單元為整個電路各單元提供電源。

2.根據權利要求1所述的一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，其特征在于：所述基于DSP的智能控制單元包括DSP芯片、電源轉換電路、無源晶振電路、仿真調試電路：電源轉換電路提供DSP芯片所需要的電壓；無源晶振電路提供DSP芯片所需要的工作頻率；仿真調試電路提供DSP程序軟件下載和仿真接口；DSP芯片以數據總線和地址總線方式分別與數據存儲單元和基于FPGA的數據采集單元實現數據傳輸。

3.根據權利要求2所述的一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，其特征在于：所述基于DSP的智能控制單元采用TMS320F28335芯片。

4.根據權利要求2所述的一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，其特征在于：所述基于FPGA的數據采集單元包括FPGA芯片、電源轉換電路、有源晶振電路、仿真調試接口：電源轉換電路和有源晶振電路分別提供FPGA芯片需要的電壓和工作頻率；仿真調試接口提供程序軟件下載端口；FPGA芯片獲取高速模數轉換單元、數字量傳感器及數字量I/O信息數據；FPGA芯片采用數據總線和地址總線分別與模數轉換單元及DSP處理器通信。

5.根據權利要求4所述的一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，其特征在于：所述基于FPGA的數據采集單元采用EP1C3T144芯片。

6.根據權利要求4所述的一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，其特征在于：所述高速模數轉換單元由兩片高速模數轉換器和電源基準電路組成：電源基準電路提供高速模數轉換器需要的基準電壓，兩片模數轉換器采用地址總線和數據總線實現與FPGA芯片的數據和命令通信。

7.根據權利要求6所述的一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，其特征在于：所述高速模數轉換單元采用AD7606芯片。

8.根據權利要求6所述的一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，其特征在于：所述電源轉換單元由多種電源轉換模塊組成，將系統輸入電壓轉換為DSP處理器及其傳感器電路所需要的電壓。

9.根據權利要求8所述的一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，其特征在于：所述信號調理單元包括濾波電路、差分電路、光電隔離電路和運放電路：模擬量傳感器信息經過濾波電路后，輸入到運放電路，將模擬量傳感器輸出的信號縮放到高速模數轉換單元要求的輸入范圍，然后將信號輸出至高速模數轉換單元；數字量傳感器信息經過濾波電路后，輸入到差分電路實現信號耦合，后用光電隔離電路實現信號隔離及電平轉換，最后輸入基于FPGA的數據采集單元實現信號采集；數字開關量經過濾波電路后，輸入到光電隔離電路實現信號隔離及電平轉換，后輸入到基于FPGA的數據采集單元。

10.根據權利要求9所述的一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，其特征在于：所述數據存儲單元由SDRAM同步動態隨機存取存儲器和FLASH閃存兩種存儲器組成，它們之間的位置連接關系是：通過地址總線和數據總線與外部存儲器接口連接，基于DSP的智能控制單元通過外部存儲器接口實現與數據存儲單元數據的讀寫。