运动控制器制造技术

本发明专利技术公开一种运动控制器，其包括FPGA芯片、DSP模块、总线、D/A转换电路和光耦，所述FPGA芯片通过编程生成有双端口RAM，工业用计算机经由所述总线与所述双端口RAM通信连接以下达指令，DSP模块与所述双端口RAM通信连接，以读取所述指令进行控制计算，并将计算结果返回至所述双端口RAM，以使得所述FPGA芯片读取所述计算结果，将控制命令转换为相应脉冲数及脉冲方向后，经过光耦隔离，D/A转换电路处理后，信号通过放大器输出到伺服系统，以便控制机器人运动本发明专利技术通过DSP实现控制器所需要的控制算法，通过FPGA编程来实现逻辑上的硬件组合可以代替分立元件，有效避免了电路重设计的过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种运动控制器，尤其涉及一种软硬件可重构的柔性运动控制器。
技术介绍
工业机器人在汽车制造、机械加工、焊接、搬运码垛、装配、喷涂等领域应用广泛。运动控制器作为机器人的核心部分，在机器人运动控制中起着至关重要的作用。在实际应用中，由于机器人是一个耦合非线性不确定系统，机器人的工作性能取决于控制器的控制算法，控制器需实现不同控制算法的扩展，甚至复杂的智能控制算法。运动控制器应具有通用性的特点，可以在不同的应用场合以及机器人结构本体的条件下容易实现匹配。针对机器人运动控制器需要实时性、易扩展的特点，本技术方案提出了一种软、硬件可重构的柔性运动控制器，根据机器人结构本体类型及应用场合，对控制器进行编程即可实现逻辑上的软硬件重构。运动控制器作为机器人的核心部件，在实际应用中，承担着数据采集、控制算法的实施、状态反馈等任务。目前运动控制器主要包括基于模拟器件的运动控制器、基于微处理器的运动控制器、基于专用芯片的运动控制器、基于DSP(数字信号处理)的运动控制器、基于可编程逻辑器件的运动控制器等。基于模拟器件的运动控制器存在系统稳定性差、柔性扩展差，一般无法对系统功能进行升级改造；基于微处理器的运动控制器由于微处理器采用的是冯-诺依曼结构，数据处理速度较低导致实时性较差；基于专用芯片的运动控制器以专用运动控制芯片作为核心，由于芯片具有针对性，芯片的功能无法改变，不能通过改进控制算法改善系统性能，系统开发的灵活性欠佳；基于DSP的运动控制器除了作为运算单元还需实现运动控制的功能，DSP的并行处理能力不佳导致系统的不稳定，此种控制器也无法实现硬件电路的重构；基于可编程逻辑器件的运动控制器以FPGA或CPLD为运算和控制核心的控制器，虽然FPGA或CPLD代替分立元件可以实现软硬件重构，但是运算能力不如DSP。其中FPGA(Field-ProgrammableGateArray)芯片，是现场可编程门阵列的芯片。CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)是复杂可编程逻辑器件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种软硬件可重构的柔性运动控制器，其能够有效地适应现场的不确定性，有效避免了电路重设计的过程。本专利技术的运动控制器包括FPGA芯片、DSP模块、总线、D/A转换电路和光耦，所述FPGA芯片通过编程生成有双端口RAM，工业用计算机经由所述总线与所述双端口RAM通信连接以下达指令，DSP模块与所述双端口RAM通信连接，以读取所述指令进行控制计算，并将计算结果返回至所述双端口RAM，以使得所述FPGA芯片读取所述计算结果，将控制命令转换为相应脉冲数及脉冲方向后，经过光耦隔离，D/A转换电路处理后，信号通过放大器输出到伺服系统，以便控制机器人运动。优选还包括A/D转换电路，所述伺服系统中的状态信息能够通过光耦隔离，然后经过A/D转换电路处理，再通过所述FPGA芯片将处理好的数字信号保存到双端口RAM中供所述工业用计算机获取，以用于所述工业用计算机定时从双端口RAM中获取各种状态并通过人机界面显示出来本专利技术通过DSP实现控制器所需要的控制算法，通过FPGA编程来实现逻辑上的硬件组合可以代替分立元件，有效避免了电路重设计的过程。附图说明图1运动控制器主要结构示意图。其中：1、FPGA芯片；2、DSP模块；3、总线；4、A/D转换电路；5、D/A转换电路；6、光耦。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但实施例不是对本专利技术的限定。如图1所示，用于机器人运动控制系统的运动控制器，包括FPGA1、DSP模块2、总线3、A/D转换电路4、D/A转换电路5、光耦6等。如图1，系统启动后，在工业PC上计算出的运动控制指令及参数通过总线3下载到运动控制器的双端口RAM(randomaccessmemory，随机存储器)中，其中双端口RAM功能通过FPGA1编程划分一部分I/O空间来实现。DSP模块2从双端口RAM中获取来自PC的指令后，启动内部的控制算法，将计算结果定期从结果队列取出数据写回双端口RAM中，FPGA1从双端口RAM中读取运算结果，将控制命令转换为相应脉冲数及脉冲方向后，经过光耦6隔离，D/A转换电路5处理后，信号通过放大器输出到伺服系统。同时，伺服系统中的状态信息通过光耦6隔离，然后经过A/D转换电路4处理，FPGA1将处理好的数字信号保存到双端口RAM中供PC获取，最后PC定时从双端口RAM中获取各种状态并通过人机界面显示出来。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运动控制器，其特征在于：包括FPGA芯片、DSP模块、总线、D/A转换电路和光耦，所述FPGA芯片通过编程生成有双端口RAM，工业用计算机经由所述总线与所述双端口RAM通信连接以下达指令，DSP模块与所述双端口RAM通信连接，以读取所述指令进行控制计算，并将计算结果返回至所述双端口RAM，以使得所述FPGA芯片读取所述计算结果，将控制命令转换为相应脉冲数及脉冲方向后，经过光耦隔离，D/A转换电路处理后，信号通过放大器输出到伺服系统，以便控制机器人运动。

【技术特征摘要】
1.一种运动控制器，其特征在于：包括FPGA芯片、DSP模块、总线、D/A转换电路和光耦，所述FPGA芯片通过编程生成有双端口RAM，工业用计算机经由所述总线与所述双端口RAM通信连接以下达指令，DSP模块与所述双端口RAM通信连接，以读取所述指令进行控制计算，并将计算结果返回至所述双端口RAM，以使得所述FPGA芯片读取所述计算结果，将控制命令转换为相应脉冲数及脉冲方向后，经过光...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜金俊，滕朝华，高维金，王续南，周亚平，
申请(专利权)人：北京航天益森风洞工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11