一种嵌入式小型工业机器人控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于一种小型工业机器人控制电路，具体涉及一种嵌入式小型工业机器人控制电路。一种基于嵌入式小型工业机器人控制电路，它包括系统供电，对外接口部分、控制逻辑部分、外部存储器借口适配器和信息处理部分。本发明的优点是，它具有较强的硬件接口适应性、较强的并行处理能力、较强的运算能力和存储能力的小型工业机器人控制电路。
【专利说明】 一种嵌入式小型工业机器人控制电路
【技术领域】
[0001]本发明属于一种小型工业机器人控制电路，具体涉及一种嵌入式小型工业机器人控制电路。
【背景技术】
[0002]小型工业机器人主要应用于焊接、打螺丝、点胶、切割、绕线等场合。由于不同类型的机器人所用外部传感器种类和数量各不相同，因此对控制电路的硬件接口适应性提出了很高的要求。同时，控制电路作为运动控制算法、传感器信息处理与补偿算法、运动轨迹规划算法的运行平台，运算能力、存储能力、数据并行处理能力都有很高的需求。常用的控制电路一般采用单片机、微处理器作为核心，辅助常用的逻辑接口电路。该类控制电路优点是电路简单，具有一定的灵活性和适应性；其缺点是处理器速度有限，处理能力有限，而且一般集成度较低，片上不具备运动控制系统所需要的专用外设，比如PWM产生电路等，因此，该类运动控制电路需要较多的元件，这就增加了系统电路板的复杂性，降低了系统的可靠性，也难以满足运算量较大的实时信号处理的需要，难以实现先进控制算法，软件编程难度大。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种嵌入式小型工业机器人控制电路，它能够解决常用控制电路处理能力和处理速度的限制，降低复杂性、提高可靠性。
[0004]本发明是这样实现的，一种基于嵌入式小型工业机器人控制电路，它包括系统供电，对外接口部分、控制逻辑部分、外部存储器借口适配器和信息处理部分。
[0005]系统供电外接3.3v、5v、15v和24v供电，并为对外接口部分、控制逻辑部分和信息处理部分供电，对外接口部分包括拨码开关接口、ID信息读取接口、急停信号接口、传感器信号输入接口、数码显示接口、阀控制接口、前面板显示接口、外部复位信号输入接口、USB接口、232接口、电流测量接口、温度测量接口和电机驱动接口，控制逻辑部分包括输入开关量控制逻辑、输出开关量控制逻辑、复位控制逻辑、USB接口控制逻辑、232接口控制逻辑、ADC控制逻辑和电机驱动接口控制逻辑，信息处理部分包括可擦写存储器FLASH、信号处理器和数据存储器RAM，其中，拨码开关接口、ID信息读取接口、急停信号接口和传感器信号输入接口与输入开关量控制逻辑连接，数码显示接口、阀控制接口和前面板显示接口与输出开关量控制逻辑连接，外部复位信号输入接口与复位控制逻辑连接，USB接口与USB接口控制逻辑连接，232接口与232接口控制逻辑连接，电流测量接口、温度测量接口与ADC控制逻辑连接，电机驱动接口与电机驱动接口控制逻辑连接，输入开关量控制逻辑、输出开关量控制逻辑、复位控制逻辑、USB接口控制逻辑、232接口控制逻辑、ADC控制逻辑和电机驱动接口控制逻辑均与外部存储器借口适配器连接，外部存储器借口适配器还与信号处理器连接，信号处理器分别与可擦写存储器FLASH和数据存储器RAM连接。
[0006]本发明的优点是，它具有较强的硬件接口适应性、较强的并行处理能力、较强的运 算能力和存储能力的小型工业机器人控制电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本发明所提供的一种嵌入式小型工业机器人控制电路示意图；
[0008]图2为信息处理模块示意图；
[0009]图3为USB通讯模块示意图；
[0010]图4为与电机驱动板控制指令传输模块示意图；
[0011]图5为输入开关量模块不意图；
[0012]图6为输出开关量不意图；
[0013]图7为ADC模块示意图；
[0014]图8为电源转换模块示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实例对本发明进行详细介绍:
[0016]一种嵌入式小型工业机器人控制电路，它采用数字信号处理器(DSP) +可编程逻辑器件(FPGA)的架构，利用DSP的高速数据处理能力和FPGA的超强并行处理能力。DSP主要用于运行控制算法、轨迹规划、传感器信息的补偿。FPGA主要用于处理器和存储器的接口适配、并行信息采集。控制电路的原理框图如图1所示。
[0017]其中控制逻辑部分和外部存储器接口适配器由XC3S1000A(FPGA)实现，信息处理部分由 TMS320C6727⑶H300 (DSP)、MT48LC32M4 (SDRAM)、S29GL512 (FLASH)组成。其中控制逻辑部分包括输入/输出开关量控制逻辑、复位功能控制逻辑、USB接口控制逻辑、232接口控制逻辑、ADC控制逻辑、电机驱动接口控制逻辑。对外硬件接口部分包括USB接口，232接口，外部复位信号输入接口，电流、温度等模拟量信号接口，ID信息、拨码等显控信号接口。
[0018]由FPGA实现控制逻辑和完成接口适配解决了以下几个问题:(I)所有的控制逻辑部分均由FPGA实现，减少了元器件的使用数量，从而提高了可靠性。(2)FPGA的并行处理能力很强，因此，信息采集速度得到了提高。(3)由FPGA完成PWM、ADC、复位等功能模块实现，减轻了处理器DSP的运算压力，从而提高了控制算法的运行速度。(4)由FPGA来实现各功能模块，硬件可编程，接口适应性得到了提高。
[0019]由于DSP对系统结构和指令进行了特殊设计，编译效率和指令执行速度都得到了很大的提闻。
[0020]按照图1的框图，分信息处理模块、USB通讯模块、232模块、与电机驱动板控制指令传输模块、输入开关量模块、输出开关量模块、ADC模块、复位模块、电源转换模块介绍【具体实施方式】。
[0021](I)信息处理模块
[0022]信息处理模块由DSP、FLASH、数据存储器SDRAM及外围配置电路组成。相互之间通过数据总线、地址总线和控制总线直接连接。
[0023](2) USB通讯模块
[0024]USB通讯模块分为USB电气接口部分和USB控制部分。
[0025]如图3所示，USB电气接口部分采用连接器XM7B-0442，为单排A型USB接口。USB控制部分采用控制器ML60851E，由OKI公司研发。USB数据信号和控制器接端接电阻，以增强信号的完整性。USB电源信号经过控制逻辑之后接处理器的中断管脚。处理器IO信号经继电器接控制器。其中控制逻辑由FPGA实现。
[0026](3) 232 模块
[0027]232模块设计实现电路的核心芯片是MAX3232ECAE，是MAXM公司研发的用于通讯的信号收发芯片，其含有两路信号接收和两路信号发送。
[0028]( 4 )与电机驱动板控制指令传输模块
[0029]主控板通过总线和电机驱动板进行通讯。包括数据线、地址线、控制线，逻辑信号线。如图6所示。数据总线直接与驱动连接。地址总线和控制总线连接到FPGA。FPGA处理之后经接口适配器与DSP连接。如图5所示。
[0030](5)输入开关量模块
[0031]如图5框图所示为带隔离、带驱动电路的输入开关量。外部信号经过隔离电路和驱动电路之后，进入FPGA的IO管脚。FPGA再经接口适配器进入DSP处理运算。
[0032]( 6 )输出开关量模块
[0033]输出开关量和输入开关量类似。
[0034]如框图6所示DSP经接口适配器发出输出开关量控制指令，控制指令经驱动电路、隔离电路输出给外部接口。驱动电路的目的是增加信号的驱动能力并进行电平转换，隔离电路的目的是隔离电路的目的是实现信号的分离，避免信号重叠或互相干扰，保证信号的完整性和准确性。
[0035](7) ADC 模块
[0036]ADC模块主要由多路选择器、电压跟随器、滤波电路、模拟开关、AD转换、接口适配控制逻辑组成。其中接口适配和控制逻辑由FPGA实现。如图7所示。
[0037]多路选择器的作用是将多条线路的信号打包到一条线路上来，简化电路结构、节约电路成本。电压跟随器的主要目的是提高电路的带载能力。模拟开关的作用是通过控制输入来调整开关的通断。模拟电路需要单独供电以预防其它电源信号的串扰。
[0038](8)复位模块
[0039]复位模块由外部复位按钮、复位芯片组成。复位芯片主要用来测量外部复位信号和电源供电信号。外部复位信号和复位芯片复位信号经FPGA处理后接DSP处理。
[0040](9)电源转换模块
[0041]主控电路的外部供电为24V。分别转换为数字5V、模拟+15V、模拟-15V、模拟24V、模拟5V，其中数字5V再产生数字3.3V。ADC模块用到数字5V、数字3.3V、模拟+24V、模拟-24V、模拟+15V、模拟-15V、模拟+5V和模拟_5V。FPGA和DSP用到了数字5V和数字
3.3。
【权利要求】
1.一种嵌入式小型工业机器人控制电路，其特征在于:它包括系统供电，对外接口部分、控制逻辑部分、外部存储器借口适配器和信息处理部分。
2.如权利要求1所述的一种嵌入式小型工业机器人控制电路，其特征在于:系统供电外接3.3v、5v、15v和24v供电，并为对外接口部分、控制逻辑部分和信息处理部分供电，对外接口部分包括拨码开关接口、ID信息读取接口、急停信号接口、传感器信号输入接口、数码显示接口、阀控制接口、前面板显示接口、外部复位信号输入接口、USB接口、232接口、电流测量接口、温度测量接口和电机驱动接口，控制逻辑部分包括输入开关量控制逻辑、输出开关量控制逻辑、复位控制逻辑、USB接口控制逻辑、232接口控制逻辑、ADC控制逻辑和电机驱动接口控制逻辑，信息处理部分包括可擦写存储器FLASH、信号处理器和数据存储器RAM，其中，拨码开关接口、ID信息读取接口、急停信号接口和传感器信号输入接口与输入开关量控制逻辑连接，数码显示接口、阀控制接口和前面板显示接口与输出开关量控制逻辑连接，外部复位信号输入接口与复位控制逻辑连接，USB接口与USB接口控制逻辑连接，232接口与232接口控制逻辑连接，电流测量接口、温度测量接口与ADC控制逻辑连接，电机驱动接口与电机驱动接口控制逻辑连接，输入开关量控制逻辑、输出开关量控制逻辑、复位控制逻辑、USB接口控制逻辑、232接口控制逻辑、ADC控制逻辑和电机驱动接口控制逻辑均与外部存储器借口适配器连接，外部存储器借口适配器还与信号处理器连接，信号处理器分别与可擦写存储器FLASH和数据存储器RAM连接。
【文档编号】B25J9/16GK103552069SQ201310516114
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】张新华, 王晓林, 王顺伟, 黄建, 陈峣 申请人:北京自动化控制设备研究所