[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

技術領域

本發明屬于電路設計技術領域，具體涉及一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路。

背景技術

機器人多自由度機械臂是近代自動控制領域中出現的一項新技術，作為多學科融合的邊沿學科，它是當今高技術發展最快的領域之一，并已成為現代機械制造生產系統中的一個重要組成部分。當今，機器人多自由度機械臂已經廣泛應用于工業加工、工業生產、工業裝配、工業科學實驗、救生系統、航天、航空、航海等領域。隨著工業技術的快速發展，對機器人多自由度機械臂系統控制精度、功率密度、實時性能、可靠性等方面提出了更高的要求。

在機器人多自由度機械臂系統中，電氣系統是多自由度機械臂的靈魂。多自由度機械臂的電氣系統主要由控制器系統、電機驅動系統、通訊系統、傳感器信息采集系統以及電源系統等幾方面構成。控制器系統的計算能力以及抗干擾能力直接影響了空間多自由度機械臂的操作性能；電機驅動系統直接影響著關節工作的狀態；通訊系統是連接關節和中央控制器的紐帶；電源系統是整個多自由度機械臂電氣系統正常工作的基礎。通過機構設計提高多自由度機械臂性能的難度不斷增加,而高集成度、高性能的電氣系統設計成了大幅提高多自由度機械臂性能的有效途徑，而且可以通過硬件模塊化的設計提高對機械本體結構的優化；因此研究一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路設計具有重要的研究意義。

發明內容

本發明需要解決的技術問題為：提供一種高精度輕型機器人多自由度機械臂驅動控制電路，能夠實時精確驅動機器人多自由度機械臂關節直流伺服電機，并能夠結合綜控機指令信息及系統信息實現關節直流伺服電機最優控制。

本發明的技術方案如下所述：

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。

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。

作為優選方案：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。

作為優選方案：所述基于DSP的智能控制單元采用TMS320F28335芯片。

作為優選方案：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。

作為優選方案：所述基于FPGA的數據采集單元采用EP1C3T144芯片。

作為優選方案：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。

作為優選方案：所述高速模數轉換單元采用AD7606芯片。

作為優選方案：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。