专利名称：工业机器人控制单元的制作方法
技术领域：
工业机器人控制单元技术领域[0001]本实用新型主要地涉及一种工业机器人控制单元，并且具体地涉及一种更高效 的工业机器人控制单元。
背景技术：
[0002]工业机器人控制单元与工业机器人一起使用以便控制工业机器人根据控制程序 来进行移动和/或动作。工业机器人控制单元通常基于通用个人计算机的架构，但是按 照需要有所调整和/或添加以便能够实现控制工业机器人的任务。[0003]工业机器人控制单元是复杂单元并且要求不仅与机器人的电机通信以实现程序 而且与机器人本身和/或外部设备的传感器和致动器通信。[0004]可以例如使用将控制器区域网络(CAN)用于较低级别通信的称为DeviceNet的 协议来进行在工业机器人控制单元与传感器和致动器之间的通信。实用新型内容[0005]为了通过DeviceNet和CAN来实施通信，要求具有用于CAN和DeviceNet的通信栈的昂贵接口设备。为了减少成本，如果可以去除或者至少部分明显地简化用于 DeviceNet和CAN通信的接口设备则将是颇为有利的。因此本实用新型的一个目的在于 提供一种成本更高效的工业机器人控制单元。[0006]本实用新型的第一方面是一种工业机器人控制单元，包括利用控制器区域网 络来实施任何通信协议的中央处理单元；构造作为控制器区域网络控制器的现场可编程 门阵列；以及控制器区域网络连接板；其中所述中央处理单元连接到所述现场可编程门 阵列，所述现场可编程门阵列连接到所述控制器区域网络连接板，以及所述控制器区域 网络连接板连接到控制器区域网络总线。[0007]中央处理单元可以被布置成实施DeviceNet协议的至少一部分。[0008]在中央处理单元与控制器区域网络之间的所有通信可以由现场可编程门阵列实 现。[0009]现场可编程门阵列还可以被布置成执行除了控制器局域网控制器的功能之外的 附加功能。[0010]控制器区域网络连接板可以包括适合于电连接到控制器区域网络的电路。[0011]在现场可编程门阵列与中央处理单元之间的所有通信可以通过外围部件互连接 口来进行。[0012]现场可编程门阵列和控制器区域网络连接板可以经由并行接口来连接。[0013]并行接口可以包括用于检测对控制器区域网络连接板的外部功率馈送的数据 线。[0014]并行接口可以包括用于检测控制器区域网络连接板的存在的数据线。[0015]利用这里呈现的配置，增加对已经存在的现场可编程门阵列(FPGA)和中央处理单元(CPU)的利用，可以使控制器区域网络连接板非常简单和成本低廉。这允许工业 机器人控制单元的成本与现有技术相比较显著减少。[0016]一般而言，在权利要求书中使用的所有字眼除非这里另有明确定义都将根据它 们在技术领域中的普通含义来解释。对“一个/ 一种/所述单元、装置、部件、器具、步 骤等”的所有引用除非这里另有明确声明都将开放地解释为指代该单元、装置、部件、 器具、步骤等的至少一个实例。这里公开的任何方法的步骤除非有明确声明都并非必须 以公开的准确顺序来进行。
[0017]现在参照以下附图通过示例描述本实用新型，其中[0018]图1是示出了本实用新型可以应用于其中的环境的示意图，[0019]图2是示出了根据现有技术的工业机器人控制单元的示意图，以及[0020]图3是图示了本实用新型的一个实施例的示意图。
具体实施方式
[0021]现在将参照其中示出本实用新型某些实施例的附图在下文中更完全地描述本实 用新型。然而本实用新型可以用许多不同形式来实施并且不应理解为限于这里阐述的实 施例；实际上，通过示例提供这些实施例，从而这一公开将既彻底又完整并且将向本领 域技术人员传达本实用新型的范围。相似标号在说明书全文中指代相似单元。[0022]图1是示出了本实用新型可以应用于其中的环境的示意图。提供用于控制工业 机器人(未示出)的工业机器人控制单元2。工业机器人控制单元2通过物理接口 16连 接到控制器区域网络(CAN)总线3。CAN总线3用来允许在工业机器人控制单元2与 一个或者多个数字输入/输出(i/o)单元20和/或一个或者多个模拟输入/输出(i/o)单 元22之间的通信。i/o单元可以例如是如下传感器，这些传感器用以检测机器人的一部 分或者致动器的位置以实现作为机器人的控制程序一部分的功能。i/o单元可以具有用于 与工业机器人控制单元2 —起使用的任何适当功能。[0023]工业机器人控制单元2可以类似于具有用于作为工业机器人控制单元2来使用的 附加部件的通用个人计算机。[0024]图2是示出了已知工业机器人控制单元的示意图。CPU 10是工业机器人控制单 元2的中央控制器。CPU 10可以例如是基于x86的CPU。工业机器人控制单元2的附 加部件(未示出)包括存储器(通常为持久读写存储器、RAM)。此外，可以可选地提 供用户接口和/或可以例如通过工业机器人控制单元2的网络接口来远程控制工业机器人 控制单元2。[0025]另外，提供现场可编程门阵列12以便例如实现通常标准芯片组未配备的功能， 例如实现与外部设备的通信以实现机器人安全功能。[0026]丰富CAN总线接口 4实施通向CAN总线3的接口，CAN总线3包括任何高级 协议如DeviceNet或者任何其它协议如profibus或者interbus。换而言之，丰富CAN总线接口 4需要大量电子器件和处理能力来实现它的功能。丰富CAN总线接口 4包括CPU 和CAN总线连接器(未示出)。以这一方式，CPU可以集中于其它任务而无需关注通过CAN总线3或者任何高级协议如DeviceNet的通信细节。[0027]图3是图示了本实用新型一个实施例的示意图。这里在改进的工业机器人控制 单元2'中，CAN连接板14连接到CAN总线。然而，CAN连接板14是很简单的设备 并且仅包含用于CAN总线3的物理连接器16和为了连接到CAN总线3而需要的电路， 以保证在CAN总线3上提供正确信号电平。CAN连接板14通过并行接口 13连接到 FPGA 12。并行接口 13包含用于各种控制功能的数据线，而且还包含用于通过CAN总 线3的串行通信的数据线。具体而言，并行接口 13包含标记为CAN_RX的串行接收数 据线和标记为CAN_TX的串行发送数据线。另外，并行接口 13可以包括用于检测CAN 连接板14(将由FPGA使用)的存在、对CAN连接板14的外部M伏特直流馈电(来自 CAN总线3)的存在的数据线。另外，CAN连接板14可以包括一个或者多个LED (发 光二极管)，由此并行接口 13于是可以包括用于接通或者关断LED的一个或者多个控制 数据线。例如，可以有用于控制红色和绿色LED的数据线。另外，并行接口可以包含 5伏特馈电线和一个或者多个地线。[0028]CAN连接板14在CAN总线3的外部M伏特馈电与工业机器人控制单元2 ‘内 部的电源之间提供隔离。另外，CAN连接板可以实施于可以在工业机器人控制单元2' 的壳的开口中装配的小型电路板上以便实现PCI槽扩展。然而，CAN连接板14没有利 用实际PCI槽的连接器，因为它使用并行接口 13来与FPGA12接口连接而将CAN连接器 用于外部对伏特馈电。[0029]FPGA 12在这里被配置成实施CAN控制器功能，从而它们无需实施于CAN连 接板14中。CPU 10在这里被配置成实施位于CAN总线3之上的任何通信协议，比如 DeviceNet。CPU使用在CPU中执行的编程指令来实现DeviceNet要求。从存储器读取 编程指令。将注意CPU 10无需实施例如DeviceNet的所有功能，因为可能希望将对CPU 的实施要求保持至于最低限度而仅实施有望连接到CAN总线3的设备类型所需要的协议 功能。[0030]CPU 10和FPGA 12经由外围部件互连(PCI)接口 11来连接。将注意仅在CPU 10与CAN连接板14之间的连接才经由FPGA 12。[0031]利用这里呈现的配置，增加对已经存在的FPGA和CPU的利用，可以使CAN连 接板14非常简单和成本低廉。这允许工业机器人控制单元2'的成本与现有技术相比较 显著减少。[0032]上文已经主要参照数个实施例描述了本实用新型。然而，如本领域技术人员容 易理解的那样，除了上文公开的实施例之外的实施例在由所附专利权利要求书限定的本 实用新型范围内同样是可能的。
权利要求1.一种工业机器人控制单元O')，其特征在于包括利用控制器区域网络来实施任何通信协议的中央处理单元(10)；构造作为控制器区域网络控制器的现场可编程门阵列(12)；以及控制器区域网络连接板(14)；其中所述中央处理单元(10)连接到所述现场可编程门阵列(1 ，所述现场可编程门 阵列(1 连接到所述控制器区域网络连接板(14)，以及所述控制器区域网络连接板(14) 连接到控制器区域网络总线(3)。
2.根据权利要求1所述的工业机器人控制单元O')，其特征在于所述控制器区域网 络连接板(14)包括适合于电连接到所述控制器区域网络的电路。
3.根据权利要求1或者2所述的工业机器人控制单元⑵)’其特征在于在所述现场 可编程门阵列(1 与所述中央处理单元(10)之间的所有通信通过外围部件互连接口来进 行。
4.根据权利要求1或者2所述的工业机器人控制单元O')，其特征在于所述现场可 编程门阵列(1 和所述控制器区域网络连接板(14)经由并行接口来连接。
5.根据权利要求4所述的工业机器人控制单元O')，其特征在于所述并行接口包括 用于检测对所述控制器区域网络连接板(14)的外部功率馈送的数据线。
6.根据权利要求4所述的工业机器人控制单元O')，其特征在于所述并行接口包括 用于检测所述控制器区域网络连接板(14)的存在的数据线。
专利摘要本实用新型提供一种工业机器人控制单元，包括中央处理单元；现场可编程门阵列；以及控制器区域网络连接板。中央处理单元连接到现场可编程门阵列，现场可编程门阵列连接到控制器区域网络连接板，以及控制器区域网络连接板连接到控制器区域网络总线。现场可编程门阵列被布置作为控制器区域网络控制器；并且中央处理单元被布置作为用于利用控制器区域网络来实施任何通信协议的装置。根据本实用新型的配置，增加了对已经存在的现场可编程门阵列和中央处理单元的利用，可使控制器区域网络连接板非常简单。
文档编号H04L12/403GK201812178SQ20092016852
公开日2011年4月27日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者H·埃里克森, J·维格斯泰恩, P·卡尔森 申请人:Abb技术公司