一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于电路设计【技术领域】，具体涉及一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路。本发明包括基于DSP的智能控制单元、基于FPGA的数据采集单元、信号调理单元、智能控制输出单元、智能驱动单元、电源转换单元、高速模数转换单元、数据存储单元、网络总线通讯单元、功率驱动保护单元、传感器单元和人机交互单元。本发明能够实时精确驱动机器人多自由度机械臂关节直流伺服电机，并能够结合综控机指令信息及系统信息实现关节直流伺服电机最优控制。
【专利说明】一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路
【技术领域】
[0001]本发明属于电路设计【技术领域】，具体涉及一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路。
【背景技术】
[0002]机器人多自由度机械臂是近代自动控制领域中出现的一项新技术，作为多学科融合的边沿学科，它是当今高技术发展最快的领域之一，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。当今，机器人多自由度机械臂已经广泛应用于工业加工、工业生产、工业装配、工业科学实验、救生系统、航天、航空、航海等领域。随着工业技术的快速发展，对机器人多自由度机械臂系统控制精度、功率密度、实时性能、可靠性等方面提出了更高的要求。
[0003]在机器人多自由度机械臂系统中，电气系统是多自由度机械臂的灵魂。多自由度机械臂的电气系统主要由控制器系统、电机驱动系统、通讯系统、传感器信息采集系统以及电源系统等几方面构成。控制器系统的计算能力以及抗干扰能力直接影响了空间多自由度机械臂的操作性能；电机驱动系统直接影响着关节工作的状态；通讯系统是连接关节和中央控制器的纽带；电源系统是整个多自由度机械臂电气系统正常工作的基础。通过机构设计提高多自由度机械臂性能的难度不断增加，而高集成度、高性能的电气系统设计成了大幅提高多自由度机械臂性能的有效途径，而且可以通过硬件模块化的设计提高对机械本体结构的优化；因此研究一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路设计具有重要的研究意义。
【发明内容】
[0004]本发明需要解决的技术问题为:提供一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，能够实时精确驱动机器人多自由度机械臂关节直流伺服电机，并能够结合综控机指令信息及系统信息实现关节直流伺服电机最优控制。
[0005]本发明的技术方案如下所述:
[0006]一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，包括基于DSP的智能控制单元、基于FPGA的数据采集单元、信号调理单元、智能控制输出单元、智能驱动单元、电源转换单元、高速模数转换单元、数据存储单元、网络总线通讯单元、功率驱动保护单元、传感器单元和人机交互单元。
[0007]基于FPGA的数据采集单元采集传感器单元经过信号调理单元调理和高速模数转换单元转换后的模拟量数据，以及采集经过信号调理单元调理后的数字量数据，后利用中断信号将两种数据通过数据总线和地址总线传送至基于DSP的智能控制单元；基于DSP的智能控制单元收到数据后，对数据进行初步处理，并将部分数据储存到数据存储单元；存储完毕后，基于DSP的智能控制单元再调用数据存储单元的数据，结合综控机指令及运动学理论进行数据处理及智能推理，并将智能推理结果输出至智能控制输出单元、智能驱动单元及人机交互单元；智能驱动单元接收智能推理结果并输出功率驱动信号驱动电机运行；网络总线通讯单元通过收发数据和命令实现基于DSP的智能控制单元与外部网络总线或综控机通讯；同时，功率驱动保护单元实时监测系统各部件运行状态，如有异常状态及时反馈信息到基于DSP的智能控制单元；电源转换单元为整个电路各单元提供电源。
[0008]作为优选方案:所述基于DSP的智能控制单元包括DSP芯片、电源转换电路、无源晶振电路、仿真调试电路:电源转换电路提供DSP芯片所需要的电压；无源晶振电路提供DSP芯片所需要的工作频率；仿真调试电路提供DSP程序软件下载和仿真接口 ；DSP芯片以数据总线和地址总线方式分别与数据存储单元和基于FPGA的数据采集单元实现数据传输。
[0009]作为优选方案:所述基于DSP的智能控制单元采用TMS320F28335芯片。
[0010]作为优选方案:所述基于FPGA的数据采集单元包括FPGA芯片、电源转换电路、有源晶振电路、仿真调试接口:电源转换电路和有源晶振电路分别提供FPGA芯片需要的电压和工作频率；仿真调试接口提供程序软件下载端口 ；FPGA芯片获取高速模数转换单元、数字量传感器及数字量I/O信息数据；FPGA芯片采用数据总线和地址总线分别与模数转换单元及DSP处理器通信。
[0011]作为优选方案:所述基于FPGA的数据采集单元采用EP1C3T144芯片。
[0012]作为优选方案:所述高速模数转换单元由两片高速模数转换器和电源基准电路组成:电源基准电路提供高速模数转换器需要的基准电压，两片模数转换器采用地址总线和数据总线实现与FPGA芯片的数据和命令通信。
[0013]作为优选方案:所述高速模数转换单元采用AD7606芯片。
[0014]作为优选方案:所述电源转换单元由多种电源转换模块组成，将系统输入电压转换为DSP处理器及其传感器电路所需要的电压。
[0015]作为优选方案:所述信号调理单元包括滤波电路、差分电路、光电隔离电路和运放电路:模拟量传感器信息经过滤波电路后，输入到运放电路，将模拟量传感器输出的信号缩放到高速模数转换单元要求的输入范围，然后将信号输出至高速模数转换单元；数字量传感器信息经过滤波电路后，输入到差分电路实现信号耦合，后用光电隔离电路实现信号隔离及电平转换，最后输入基于FPGA的数据采集单元实现信号采集；数字开关量经过滤波电路后，输入到光电隔离电路实现信号隔离及电平转换，后输入到基于FPGA的数据采集单
J Li ο
[0016]作为优选方案:所述数据存储单元由SDRAM同步动态随机存取存储器和FLASH闪存两种存储器组成，它们之间的位置连接关系是:通过地址总线和数据总线与外部存储器接口连接，基于DSP的智能控制单元通过外部存储器接口实现与数据存储单元数据的读与。
[0017]作为优选方案:所述功率驱动保护单元指由电流传感器、温度传感器及信号比较电路组成的过压、过流、欠压、温度保护电路:电流传感器采集伺服电机电流信号，并将量化的信号经过精密电阻进行电压转换后，送到信号调理单元，系统采用软件形式实现过流保护；温度传感器采集驱动控制电路内部温度信号，并将量化的信号输送到信号调理单元，采用软件形式实现温度保护；由电阻、光藕、运放电路组成的信号比较电路以硬件形式实现过压、欠压保护。[0018]作为优选方案:所述智能控制输出单元是基于DSP的智能控制单元执行智能逻辑推理的输出结果，它由PWM驱动信号输出和I/O驱动信号输出两部分组成；
[0019]PWM驱动信号输出由DSP的PWM信号输出接口、光电隔离芯片、信号驱动芯片组成；I/o驱动信号输出由光电隔离芯片、数据驱动芯片组成；
[0020]智能控制输出单元各组件的连接关系为:DSP处理器输出PWM数字信号，该数字信号经光电隔离芯片进行信号隔离后，利用信号驱动芯片进行电压驱动转换实现与智能驱动单元电平匹配；DSP的I/O信号经光电隔离芯片进行信号隔离后，利用数据驱动芯片进行信号驱动，之后直接对外设备输出I/O驱动信号。
[0021]作为优选方案:所述智能驱动单元采用SA03直流有刷智能模块驱动芯片。
[0022]作为优选方案:所述智能驱动单元壳体表面附加散热片。
[0023]作为优选方案:所述关节传感器单元指安装在机器人多自由度机械臂关节上的传感器，包括关节位置传感器、关节位置限位传感器及编码器。
[0024]作为优选方案:关节位置传感器采用MC1003系列；关节位置限位传感器采用AllOl ;编码器采用增量式或单极性编码器。
[0025]作为优选方案:所述人机交互单元由数码管、指示灯、按键组成:数码管显示当前多自由度机械臂的工作状态信息；指示灯指示驱动控制器的工作状态；外部操作通过按键调整系统参数。
[0026]作为优选方案:所述网络总线通讯单元负责基于DSP的智能控制单元与综控机或网络通信数据的发送和接收，网络总线通讯单元包括CAN总线、RS485总线两种网络总线。
[0027]作为优选方案:CAN总线对应MCP2551收发器，RS485总线对应MAX1487总线收发器。
[0028]本发明的有益效果为:
[0029](I)本发明的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，采用模块化设计结构思想，控制、驱动、传感电路分层设计，实现对关节直流伺服电机的精确控制；
[0030](2)本发明的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，驱动负载能力强，功率密度高，体积小，实时性好，响应快、扩展性强；
[0031](3)本发明的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，采用多重保护机制，系统接线简单，高可靠、长寿命、强抗电磁干扰能力；
[0032](4)本发明的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，控制与通信方式灵活，具有多种控制方式接口及通信网络；
[0033](5)本发明的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，采用智能高功率驱动模块，驱动负载能力强，功率密度高，体积小，响应快
[0034](6)本发明的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，控制策略的更新、升级能力强。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本发明硬件结构方框示意图；
[0036]图2为基于FPGA的数据采集单元结构图；
[0037]图3为信号调理单元结构图；[0038]图4为数据存储单元结构图；
[0039]图5为功率驱动保护单元结构图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图和实施例对本发明的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路进行详细说明。
[0041]本发明的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，采用了 DSP(数字信号处理器)+FPGA (可编程逻辑器件)+高功率密度功率驱动单元的体系结构，具有数据采集、信号滤波、数据处理及传输、网络数据通信、智能控制、人机交互等功能。
[0042]本发明的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，包括基于DSP的智能控制单元、基于FPGA的数据采集单元、信号调理单元、智能控制输出单元、智能驱动单元、电源转换单元、高速模数转换单元、数据存储单元、网络总线通讯单元、功率驱动保护单元、传感器单元和人机交互单元。
[0043]如图1所示，基于FPGA的数据采集单元采集传感器单元经过信号调理单元调理和高速模数转换单元转换后的模拟量数据，以及采集经过信号调理单元调理后的数字量数据，后利用中断信号将两种数据通过数据总线和地址总线传送至基于DSP的智能控制单元；基于DSP的智能控制单元收到数据后，对数据进行初步处理，并将部分数据储存到数据存储单元；存储完毕后，基于DSP的智能控制单元再调用数据存储单元的数据，结合综控机指令及运动学理论进行数据处理及智能推理，并将智能推理结果输出至智能控制输出单元、智能驱动单元及人机交互单元；智能驱动单元接收智能推理结果并输出功率驱动信号驱动电机运行；网络总线通讯单元通过收发数据和命令实现基于DSP的智能控制单元与外部网络总线或综控机通讯；同时，功率驱动保护单元实时监测系统各部件运行状态，如有异常状态及时反馈信息到基于DSP的智能控制单元；电源转换单元为整个电路各单元提供电源。该硬件系统为复杂算法的控制策略提供了实现的基础、为高性能伺服控制策略的实现提供了可能性。
[0044]1、基于DSP的智能控制单元
[0045]所述基于DSP的智能控制单元是驱动控制电路的核心，DSP处理器采用TI公司高性能TMS320F28335芯片，该芯片工作频率可达150MHz，具有功耗低、功能强、稳定性高、抗干扰性强、运算速度快的优点，是一款浮点运算的电机控制专用芯片。基于FPGA的数据采集单元采集经过信号调理单元处理和模数转换器转换后的模拟量数据，以及经过信号调理单元处理后的数字量数据，并将两种采集的数据存入数据存储单元，然后，该智能控制单元调用数据存储单元中的数据采用先进控制算法完成电气状态参数计算，并结合系统信息采用智能逻辑推理方法及运动学理论实现关节直流伺服电机驱动控制功能。
[0046]基于DSP的智能控制单元由DSP芯片、电源转换电路、无源晶振电路、仿真调试电路构成:电源转换电路提供DSP芯片所需要的标准3.3V和1.9V电压，无源晶振电路提供DSP芯片所需要的工作频率30MHz，仿真调试电路提供DSP程序软件下载和仿真接口 ；DSP芯片以数据总线和地址总线方式分别与数据存储单元和基于FPGA的数据采集单元实现数据传输。
[0047]电源转换电路由电源转换芯片、高精度电阻、电容组成。[0048]基于DSP的智能控制单元负责整个系统驱动控制及数据处理，并能通过网络总线通信单元实现综控机与外部总线网络实现通信。
[0049]2、基于FPGA的数据采集单元
[0050]所述基于FPGA的数据采集单元采集模拟量和数字量信息，采用ALTERA公司Cyclone I系列的EP1C3T144芯片，该芯片有2910LE逻辑资源，13条M4KRAM(共6.5KB)，另外还有一个数字锁相环，该芯片可以稳定的工作在50MHz的频率，满足要求。
[0051]如图2所示，基于FPGA的数据采集单元由FPGA芯片、电源转换电路、有源晶振电路、仿真调试接口构成:电源转换电路和有源晶振电路分别提供FPGA芯片需要的电压和工作频率；仿真调试接口提供程序软件下载端口 ；FPGA芯片获取高速模数转换单元、数字量传感器及数字量I/O信息数据；FPGA芯片采用数据总线和地址总线分别与模数转换单元及DSP处理器通信。
[0052]FPGA芯片具有模拟量数据采集和数字量数据采集功能，模拟量数据采集指FPGA获取高速模数转换单元转换的数据，数字量数据采集指数字量传感器及外部1/0(通用输入输出接口)信息经过信号调理电路后的数字信息。电源转换芯片提供FPGA芯片所需要的
3.3V和1.5V电压。有源晶振部分由有源晶振和电容构成。
[0053]3、高速模数转换单元
[0054]所述高速模数转换单元由两片高速模数转换器和电源基准电路组成:电源基准电路提供高速模数转换器需要的基准2.5V电压，两片模数转换器采用地址总线和数据总线实现与FPGA芯片的数据和命令通信。
[0055]高速模数转换器采用AD7606芯片，其为一款高精度8通道16位高速模数转换器，各模拟通道的转换频率为200kSPS，满足系统要求。两片高速模数转换器并联组成16通道模拟信号输入接口，将分别用于关节位置信息和伺服电机电流及电压信息采集。电源基准电路由高精度电压转换芯片AD421和电容组成。
[0056]4、电源转换单元
[0057]所述电源转换单元由多种电源转换模块组成，主要将系统输入电压转换为DSP处理器及其传感器电路所需要的电压，处理器与传感器的电压等级主要分为+24V、+15V、-15V、+5V、+3.3V、+1.9V、+1.5V 七种类型。
[0058]5、信号调理单元
[0059]所述信号调理单元主要实现模拟传感器信号调理、数字传感器信号调理以及数字量开关信号调理功能。如图3所示，信号调理单元包括滤波电路、差分电路、光电隔离电路和运放电路:模拟量传感器信息经过滤波电路后，输入到运放电路，将模拟量传感器输出的信号缩放到高速模数转换单元要求的输入范围，然后将信号输出至高速模数转换单元；数字量传感器信息经过滤波电路后，输入到差分电路实现信号耦合，后用光电隔离电路实现信号隔离及电平转换，最后输入基于FPGA的数据采集单元实现信号采集；数字开关量经过滤波电路后，输入到光电隔离电路实现信号隔离及电平转换，后输入到基于FPGA的数据采集单元。
[0060]滤波电路由电阻和电容组成的二阶滤波电路；光电隔离电路由快速光藕HCPL4504、电阻、电容组成；运放电路由0P747芯片、电阻、电容组成的电压跟随器及运算放大器组成。[0061]模拟量传感器信息主要指关节位置电位计信息、温度信息、伺服电机电流和电压信息等。数字量传感器信息主要指编码器信息及位置霍尔传感器。位置霍尔传感器用于传感关节位置限位操作信息。数字开关量信息主要指外部控制I/o输入信息、拨码开关信息
坐寸O
[0062]该驱动控制电路可接增量式差分编码器和单极性编码器两种形式的编码器。
[0063]6、数据存储单元
[0064]所述数据存储单元由SDRAM同步动态随机存取存储器和FLASH闪存两种存储器组成，它们之间的位置连接关系是:通过地址总线和数据总线与外部存储器接口连接，基于DSP的智能控制单元通过外部存储器接口实现与数据存储单元数据的读写，其存储操作结构如图4所示。
[0065]SDRAM采用2片SDRAM芯片，用来存储与处理数据，以及实现上电后的应用程序加载。FLASH用来固化bootloader引导程序和应用程序。
[0066]7、功率驱动保护单元
[0067]所述功率驱动保护单元指由电流传感器、温度传感器及信号比较电路组成的过压、过流、欠压、温度保护电路:电流传感器采集伺服电机电流信号，并将量化的信号经过精密电阻进行电压转换后，送到信号调理单元，系统采用软件形式实现过流保护；温度传感器采集驱动控制电路内部温度信号，并将量化的信号输送到信号调理单元，采用软件形式实现温度保护；由电阻、光藕、运放电路组成的信号比较电路以硬件形式实现过压、欠压保护。
[0068]电流传感器采用NT-50霍尔电流传感器，该元件体积较小，测量范围达土 150A，过载能力达500A，满足设计要求。温度传感器采用高精度串行数字DS18B20传感器，满足设计需求。
[0069]8、智能控制输出单元
[0070]所述智能控制输出单元是基于DSP的智能控制单元执行智能逻辑推理的输出结果，它由PWM驱动信号输出和I/O驱动信号输出两部分组成。
[0071]PWM驱动信号输出由DSP的PWM信号输出接口、光电隔离芯片、信号驱动芯片组成。I/o驱动信号输出由光电隔离芯片、数据驱动芯片组成。
[0072]智能控制输出单元各组件的连接关系为:DSP处理器输出PWM数字信号，该数字信号经光电隔离芯片进行信号隔离后，利用信号驱动芯片进行电压驱动转换实现与智能驱动单元电平匹配，避免了电机驱动时产生的干扰对控制系统的影响；DSP的I/O信号经光电隔离芯片进行信号隔离后，利用数据驱动芯片进行信号驱动，之后直接对外设备输出I/O驱动信号，主要包括刹车信号、报警信号、数码显示信号等。
[0073]9、智能驱动单元
[0074]所述智能驱动单元采用SA03直流有刷智能模块驱动芯片，该芯片动力输出电压16?100V，额定输出电流30A，最大输出功率为3KW，具有驱动功率大、体积小、转换效率高、系统响应速度快、内置多种保护、外部引线简洁、抗干扰能力强的特点。
[0075]所述智能驱动单元采用TTL电平控制正反转，并具有温度补偿和堵转保护功能，适用于高功率密度直流伺服驱动装置。
[0076]作为优选方案，所述智能驱动单元壳体表面附加散热片。
[0077]10、关节传感器单元[0078]所述关节传感器单元指安装在机器人多自由度机械臂关节上的传感器，主要包括关节位置传感器、关节位置限位传感器及编码器。
[0079]关节位置传感器采用MC1003系列，±15V供电；关节位置限位传感器采用AllOl ；编码器采用增量式或单极性编码器。
[0080]11、人机交互单元
[0081]所述人机交互单元由数码管、指示灯、按键组成:数码管显示当前多自由度机械臂的工作状态信息；指示灯指示驱动控制器的工作状态；外部操作通过按键调整系统参数。
[0082]12、网络总线通讯单元
[0083]所述网络总线通讯单元负责基于DSP的智能控制单元与综控机或网络通信数据的发送和接收。网络总线通讯单元包括CAN总线、RS485总线两种网络总线。
[0084]CAN总线对应MCP2551收发器，RS485总线对应MAX1487总线收发器。
[0085]基于DSP的智能控制单元、基于FPGA的数据采集单元、高速模数转换单元、信号调理单元、电源转换单元、数据存储单元、人机交互单元和网络总线通讯单元设置在控制板上；功率驱动保护单元、智能驱动单元及智能控制输出单元设置在驱动板上；传感器单元设置在关节电路板上。
[0086]本发明的高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路安装连接方式如下:
[0087](I)控制板与驱动板之间采用长2.5cm直径3mm螺纹的铜柱连接，控制板置于底层，往上依次为多层驱动板，底层控制板用直径3_螺钉与驱动控制器盒底板进行固定连接;
[0088](2)关节电路板安装在机器人多自由度机械臂关节位置，由关节传感器位置处引出编码器连接线、关节位置电位计连接线及霍尔位置限位连接线，并连接到关节电路板端Π ；
[0089](3)各关节电路板端口采用20针排线依次与对应驱动板电机输入输出信号端口相连；
[0090](4)各关节电机动力线依次与对应驱动板电机动力信号端口相连；
[0091](5)控制板控制端口通过26针排线与各驱动板控制信号端口相连；
[0092](6)控制电路板控制电源外接直流24?36 V电压，动力电源外接直流16?100V电压；
[0093](7)控制板智能输出I/O端口通过16针排线与驱动控制盒人机交互端口相连；
[0094](8)控制板通过DB9端口实现与外部通信网络或综控机相连。
【权利要求】
1.一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，包括基于DSP的智能控制单元、基于FPGA的数据采集单元、信号调理单元、智能控制输出单元、智能驱动单元、电源转换单元、高速模数转换单元、数据存储单元、网络总线通讯单元、功率驱动保护单元、传感器单元和人机交互单元，其特征在于:基于FPGA的数据采集单元采集传感器单元经过信号调理单元调理和高速模数转换单元转换后的模拟量数据，以及采集经过信号调理单元调理后的数字量数据，后利用中断信号将两种数据通过数据总线和地址总线传送至基于DSP的智能控制单元；基于DSP的智能控制单元收到数据后，对数据进行初步处理，并将部分数据储存到数据存储单元；存储完毕后，基于DSP的智能控制单元再调用数据存储单元的数据，结合综控机指令及运动学理论进行数据处理及智能推理，并将智能推理结果输出至智能控制输出单元、智能驱动单元及人机交互单元；智能驱动单元接收智能推理结果并输出功率驱动信号驱动电机运行；网络总线通讯单元通过收发数据和命令实现基于DSP的智能控制单元与外部网络总线或综控机通讯；同时，功率驱动保护单元实时监测系统各部件运行状态，如有异常状态及时反馈信息到基于DSP的智能控制单元；电源转换单元为整个电路各单元提供电源。
2.根据权利要求1所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述基于DSP的智能控制单元包括DSP芯片、电源转换电路、无源晶振电路、仿真调试电路:电源转换电路提供DSP芯片所需要的电压；无源晶振电路提供DSP芯片所需要的工作频率；仿真调试电路提供DSP程序软件下载和仿真接口 ；DSP芯片以数据总线和地址总线方式分别与数据存储单元和基于FPGA的数据采集单元实现数据传输。
3.根据权利要求2所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述基于DSP的智能控制单元采用TMS320F28335芯片。
4.根据权利要求2所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述基于FPGA的数据采集单元包括FPGA芯片、电源转换电路、有源晶振电路、仿真调试接口:电源转换电路和有源晶振电路分别提供FPGA芯片需要的电压和工作频率；仿真调试接口提供程序软件下载端口 ；FPGA芯片获取高速模数转换单元、数字量传感器及数字量I/O信息数据；FPGA芯片采用数据总线和地址总线分别与模数转换单元及DSP处理器通?目。
5.根据权利要求4所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述基于FPGA的数据采集单元采用EP1C3T144芯片。
6.根据权利要求4所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述高速模数转换单元由两片高速模数转换器和电源基准电路组成:电源基准电路提供高速模数转换器需要的基准电压，两片模数转换器采用地址总线和数据总线实现与FPGA芯片的数据和命令通信。
7.根据权利要求6所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述高速模数转换单元采用AD7606芯片。
8.根据权利要求6所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述电 源转换单元由多种电源转换模块组成，将系统输入电压转换为DSP处理器及其传感器电路所需要的电压。
9.根据权利要求8所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述信号调理单元包括滤波电路、差分电路、光电隔离电路和运放电路:模拟量传感器信息经过滤波电路后，输入到运放电路，将模拟量传感器输出的信号缩放到高速模数转换单元要求的输入范围，然后将信号输出至高速模数转换单元；数字量传感器信息经过滤波电路后，输入到差分电路实现信号耦合，后用光电隔离电路实现信号隔离及电平转换，最后输入基于FPGA的数据采集单元实现信号采集；数字开关量经过滤波电路后，输入到光电隔离电路实现信号隔离及电平转换，后输入到基于FPGA的数据采集单元。
10.根据权利要求9所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述数据存储单元由SDRAM同步动态随机存取存储器和FLASH闪存两种存储器组成，它们之间的位置连接关系是:通过地址总线和数据总线与外部存储器接口连接，基于DSP的智能控制单元通过外部存储器接口实现与数据存储单元数据的读写。
11.根据权利要求10所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述功率驱动保护单元指由电流传感器、温度传感器及信号比较电路组成的过压、过流、欠压、温度保护电路:电流传感器采集伺服电机电流信号，并将量化的信号经过精密电阻进行电压转换后，送到信号调理单元，系统采用软件形式实现过流保护；温度传感器采集驱动控制电路内部温度信号，并将量化的信号输送到信号调理单元，采用软件形式实现温度保护；由电阻、光藕、运放电路组成的信号比较电路以硬件形式实现过压、欠压保护。
12.根据权利要求11所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述智能控制输出单元是基于DSP的智能控制单元执行智能逻辑推理的输出结果，它由PWM驱动信号输出和I/O驱动信号输出两部分组成； PWM驱动信号输出由DSP的PWM信号输出接口、光电隔离芯片、信号驱动芯片组成；1/0驱动信号输出由光电隔离芯片、数据驱动芯片组成； 智能控制输出单元各组件的连接关系为:DSP处理器输出PWM数字信号，该数字信号经光电隔离芯片进行信号隔离`后，利用信号驱动芯片进行电压驱动转换实现与智能驱动单元电平匹配；DSP的I/O信号经光电隔离芯片进行信号隔离后，利用数据驱动芯片进行信号驱动，之后直接对外设备输出I/O驱动信号。
13.根据权利要求12所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述智能驱动单元采用SA03直流有刷智能模块驱动芯片。
14.根据权利要求13所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述智能驱动单元壳体表面附加散热片。
15.根据权利要求13所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述关节传感器单元指安装在机器人多自由度机械臂关节上的传感器，包括关节位置传感器、关节位置限位传感器及编码器。
16.根据权利要求15所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:关节位置传感器采用MC1003系列；关节位置限位传感器采用AllOl ;编码器采用增量式或单极性编码器。
17.根据权利要求15所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述人机交互单元由数码管、指示灯、按键组成:数码管显示当前多自由度机械臂的工作状态信息；指示灯指示驱动控制器的工作状态；外部操作通过按键调整系统参数。
18.根据权利要求17所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:所述网络总线通讯单元负责基于DSP的智能控制单元与综控机或网络通信数据的发送和接收，网络总线通讯单元包括CAN总线、RS485总 线两种网络总线。
19.根据权利要求18所述的一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，其特征在于:CAN总线对应MCP2551收发器，RS485总线对应MAX1487总线收发器。
【文档编号】B25J13/00GK103722556SQ201310688067
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】黄建, 张新华, 王晓林, 揭军, 王顺伟 申请人:北京自动化控制设备研究所