一种机械臂控制装置的制作方法

本实用新型涉及机械臂领域，具体的说是一种机械臂控制装置。

背景技术：

机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性,已在工业装配,安全防爆等领域得到广泛应用。机械臂是一个复杂系统，存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性，对于不同的任务，需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿。

传统的机械臂控制技术中，大多采用独立控制，即对每个机械臂都设置一个独立的控制装置，当需要同时控制多个机械臂时，独立控制的控制算法复杂，并且效率较低、同步性差。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足，本实用新型提供一种机械臂控制装置，能够实现互联，进而同步控制多个机械臂，提高可控制的机械臂的数量和控制效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用的具体方案为：一种机械臂控制装置，设置在上位机和机械臂之间，机械臂包括若干个驱动阀，所述控制装置包括电性连接的第一控制器和第二控制器；所述第一控制器电性连接有上位通信单元、互联通信单元、存储单元和设备通信单元，上位通信单元与所述上位机电性连接，互联通信单元用于实现两个控制装置的相互连接，设备通信单元用于采集所述机械臂的编码器信息；所述第二控制器电性连接有若干个控制链路，控制链路与所述驱动阀一一对应地电性连接。

优选的，所述第一控制器设置为stm32单片机，所述第二控制器设置为cpld。

优选的，所述上位通信单元包括无线通信模块和有限通信模块。

优选的，所述无线通信模块设置为zigbee模块，所述有线通信模块设置为rs485模块。

优选的，所述互联通信单元包括rs422模块。

优选的，所述设备通信单元包括can模块。

优选的，所述控制链路包括依次电性连接的dac、放大电路、继电器电路和对外接口，其中dac与所述第二控制器电性连接，对外接口与所述控制阀电性连接。

优选的，所述控制链路还包括模拟开关，模拟开关与至少两个相邻的所述dac和两个相邻的所述放大电路均电性连接。

优选的，所述第二控制器电性连接有adc模块，adc模块与所有所述继电器电路均电性连接。

有益效果：本实用新型在使用时，第一控制器首先通过设备通信单元采集机械臂的编码器信息，然后通过上位通信单元接收来自于上位机的控制命令，接着将控制命令传输给第二控制器，由第二控制器通过控制链路对驱动阀进行控制，以驱动机械臂按照控制命令进行动作。当同时对多个机械臂进行控制的时候，可以利用互联通信单元将所有的控制装置互联在一起，从而实现协同控制，大幅提高了能够控制的机械臂的数量，进而提高控制效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是电源模块的电路图；

图3是stm32单片机的电路图；

图4是stm32单片机的外部晶振电路图；

图5是stm32单片机的调试接口电路图；

图6是stm32单片机的参考电压电路图；

图7是rs485模块的电路图；

图8是zigbee模块的电路图；

图9是e2prom的电路图；

图10是can模块的电路图；

图11是rs422模块的电路图；

图12是cpld的电路图；

图13是dac的电路图；

图14是模拟开关的电路图；

图15是放大电路的电路图；

图16是继电器电路的电路图；

图17是adc的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至17，一种机械臂控制装置，设置在上位机和机械臂之间，机械臂包括若干个驱动阀，控制装置包括电性连接的第一控制器和第二控制器。

第一控制器电性连接有上位通信单元、互联通信单元、存储单元和设备通信单元，上位通信单元与上位机电性连接，互联通信单元用于实现两个控制装置的相互连接，设备通信单元用于采集机械臂的编码器信息。

第二控制器电性连接有若干个控制链路，控制链路与驱动阀一一对应地电性连接。

本实用新型在使用时，第一控制器首先通过设备通信单元采集机械臂的编码器信息，然后通过上位通信单元接收来自于上位机的控制命令，接着将控制命令传输给第二控制器，由第二控制器通过控制链路对驱动阀进行控制，以驱动机械臂按照控制命令进行动作。当同时对多个机械臂进行控制的时候，可以利用互联通信单元将所有的控制装置互联在一起，从而实现协同控制，大幅提高了能够控制的机械臂的数量，进而提高控制效率。

进一步的，第一控制器设置为stm32单片机，第二控制器设置为cpld。具体地说，stm32单片机的型号设置为stm32f745vgt6，cpld采用altera公司的epm570t100芯片。stm32时钟信号采用外部20m晶振，调试部分采用jtag&swd模式同时支持jtag和swd两种模式，并且stm32单片机的adc采用外部tl431a2.5v基准电压作为参考电压。

进一步的，存储单元设置为e2prom。e2prom用于存储机械臂的零位信息，在对机械臂的动作轨迹进行测量后，将零位信息存储在e2prom中，在控制机械臂时进行使用；除此之外，其中还可以存储控制参数信息，用于特殊情况下得自动轨迹运动。

进一步的，上位通信单元包括无线通信模块和有限通信模块。借助于无线通信模块和有线通信模块，本实用新型能够实现有线控制或者无线控制，更加灵活，能够满足不同使用场景下的使用需求。

进一步的，无线通信模块设置为zigbee模块，有线通信模块设置为rs485模块。zigbee模块除了能够实现无线控制之外，还能够实现组网，在需要对多个机械臂进行控制时，可以利用zigbee模块实现所有控制装置的互联。需要说明的是，当利用zigbee模块实现互联的时候，其功能与互联通信单元存在重叠，此时zigbee模块可以与互联通信模块进行互补和协助，以确保控制装置之间的互联状态稳定。具体地说，zigbee模块的型号为zm5161p2-2c，通过uart接口与第一控制器电性连接，rs485模块的型号为sp4385。

进一步的，互联通信单元包括rs422模块。具体地说，rs422模块的型号为sp3490。

进一步的，设备通信单元包括can模块。具体地说，can模块采用stm32单片机内部的can总线控制器结合外部芯片tcan337gdcnr实现。通过can总线对编码器数据进行读取，根据编码器数据是对驱动阀控制的反馈，这样构成了闭环控制，提高了控制的精度。

进一步的，控制链路包括依次电性连接的dac、放大电路、继电器电路和对外接口，其中dac与第二控制器电性连接，对外接口与控制阀电性连接。具体地说，dac采用mcp4822芯片，通过spi接口与cpld电性连接，放大电路采用同向放大电路并且放大系数为9，以满足驱动阀的控制需求，继电器电路用于对放大电路输出的大电压进行开关控制。

进一步的，控制链路还包括模拟开关，模拟开关与至少两个相邻的dac和两个相邻的放大电路均电性连接。借助于模拟开关，可以对dac输出的电压信号进行选择，选出其中一部分作为放大电路的输入信号。具体地说，模拟开关采用三路二选一模拟开关74hc4053，它具有三对输入口x0-x1、y0-y1、z0-z1，对应输出x、y、z，分别通过a、b、c三个控制选择。例如当a为低电平时，x输出x0的值，当a为高电平时，x输出x1的值，依次类推，b控制y的输出，c控制z的输出。在本实用新型其它的实施方式中，一个模拟开关最多可以连接三个相邻的dac，若更换模拟开关型号，也可以相应地调整连接的dac的数量。

进一步的，第二控制器电性连接有adc模块，adc模块与所有继电器电路均电性连接。adc模块用于采集输出到对外接口的控制信号的电参数，根据控制链路的数量可以选择合适的型号，在本实施例中，控制链路设置为四个时可以采用mcp3208，并且通过spi接口与cpld电性连接。

进一步的，控制装置还包括电源模块，电源模块的输入电压为24v，在电源输入前端采用500ma保险丝、200uf电容和smf24ag进行保护和电压的稳定。采用zxc1109进行电流的监控。采用mp1584电源芯片将24v电源转换为5v电源，采用ams1117-3.3将5v电源转换为3.3v电源，用于为各个芯片运行提供电源。24v电源还用于放大电路进行放大。各路电压在进行衰减后接到了stm32的adc引脚用于电源的监测。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。