本发明专利技术涉及一种电机控制器与电机系统、以及使用该电机系统的关节，其中，所述电机控制器，包括：FPGA芯片；CPU，所述CPU烧录于所述FPGA芯片；电机控制系统，所述电机控制系统通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，且与CPU连接以控制电机；电机信号采集系统，所述电机信号采集系统通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，且与CPU连接以接收电机信号。所述电机控制器功能模块可根据需要进行编程实现；接口的扩展和缩减成本低；物理管脚可任意配置，接口位置灵活性高，便于布线；能够将大量的外部电路内置，减少板卡面积，从而实现高度的机电一体化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人控制领域，特别涉及一种电机控制器与电机系统、以及使用该电机系统的关节。
技术介绍
关节是机械臂的基本单元，对机械臂的控制有赖于对关节的控制。通常情况下，关节应当满足如下要求：(1)关节上需要嵌入具有多种类型接口的控制器，所述接口至少需要多种格式、多种功能，甚至需要定制功能的传感器接口，电机驱动接口和高速的通信总线接口。但是现有技术中，控制器上接口通常数量、位置和功能都是固定的，如果要满足上述要求，则需要大量的外围电路以实现接口拓展或者功能拓展，还需要使用软件来实现定制功能的接口，还需要大量的软件算法去实现信号处理。这会导致外围电路成本增加，物料和维护成本增加；CPU损耗过大，信号传输周期长，对关节的控制精度低；对于不同配置的关节，无法实现快速移植，开发成本高。(2)该控制器的体积要尽可能的小，以便于嵌入到关节中，这有利于减小机械臂的体积，提高其集成度。但是，现有技术中的外围电路面积过大，导致控制器无法缩小，不能实现高度的机电一体化。综上所述，现有控制器的接口位置、数量与功能固定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中控制器的接口位置、数量与功能固定的问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种电机控制器，包括：FPGA芯片；CPU，所述CPU烧录于所述FPGA芯片；电机控制系统，所述电机控制系统通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，且与CPU连接以控制电机；电机信号采集系统，所述电机信号采集系统通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，且与CPU连接以接收电机信号。进一步,所述FPGA芯片采用ALTERA EP3C系列芯片。进一步，所述CPU为NIOS II微处理器。进一步，电机控制系统包括：电机驱动模块，所述电机驱动模块连接所述CPU，用于接收所述CPU指令以驱动电机，并采集电机转子位置；电机制动模块，所述电机制动模块连接所述CPU，用于接收所述CPU指令以制动电机。进一步，电机驱动模块包括：PWM发生器，用于发送控制信号以驱动电机；霍尔信号采集器，用于采集电机转子位置。进一步，电机信号采集系统包括：力矩传感器接收模块，所述力矩传感器接收模块连接所述CPU，用于将力矩信息传输给所述CPU，并接收所述CPU发布的指令；位置接收模块，所述位置接收模块连接所述CPU，用于将位置信息传输给所述CPU，并接收所述CPU发布的指令；电流采集模块，所述电流采集模块连接所述CPU，用于将电流信息传输给所述CPU，并接收所述CPU发布的指令。进一步，位置接收模块包括：光电编码器接收模块，用于接收电机的绝对位置信息；磁编码器接收模块，用于接收电机的相对位置信息。进一步，还包括：上层通讯模块，所述上层通讯模块通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，所述上层通讯模块连接所述CPU，用于传输上层控制器指令信息给所述CPU，并接收所述CPU反馈的信息。进一步,所述FPGA芯片上还设置有On Chip RAM、PIO与JTAG。与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：本技术方案的电机控制器采用FPGA芯片，可以采用编程的方法来实现功能模块，并构建相应的对外接口。理论上讲，只要芯片的管脚和内部的逻辑资源足够，就可以根据需要进行编程以实现所需的功能模块和对外的接口。这克服了现有技术中控制器的接口数量、位置、功能固定的问题；本技术方案的电机控制器功能模块可根据需要进行编程实现；接口的扩展和缩减成本低；物理管脚可任意配置，接口位置灵活性高，便于布线；能够将大量的外部电路内置，减少板卡面积，从而实现高度的机电一体化。进一步，功能模块可以通过硬件编程语言实现，且所述硬件语言编程可实现对信号的硬件处理，其处理方式为并行方式，速度快。本专利技术还提供一种电机系统，包括：上述的电机控制器；电机，所述电机与所述电机控制系统和电机信号采集系统连接。进一步，还包括：三相逆变电路，电机通过三相逆变电路与PWM发生器连接，所述PWM发生器通过控制三相逆变电路控制电机的驱动。进一步，还包括：减速器，所述减速器与电机连接；抱闸，所述抱闸与减速器和电机制动模块连接。进一步，还包括：磁编码器，所述磁编码器与电机和磁编码器接收模块连接。进一步，还包括：力矩传感器，所述力矩传感器与力矩传感器接收模块连接，并通过减速器与电机连接。进一步，还包括：绝对位置传感器，所述绝对位置传感器通过减速器与电机连接，以采集电机的绝对位置信息；光电编码器，所述光电编码器与绝对位置传感器和光电编码器接收模块连接，所述光电编码器对绝对位置信息进行编码，并将编码后的绝对位置信息发送至光电编码器接收模块。与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：本技术方案的电机系统包括电机控制器，所述电机控制器采用FPGA芯片，可以采用编程的方法来实现功能模块，并构建相应的对外接口。理论上讲，只要芯片的管脚和内部的逻辑资源足够，就可以根据需要进行编程以实现所需的功能模块和对外的接口。这克服了现有技术中控制器的接口数量、位置、功能固定的问题；本技术方案的电机控制器功能模块可根据需要进行编程实现；接口的扩展和缩减成本低；物理管脚可任意配置，接口位置灵活性高，便于布线；能够将大量的外部电路内置，减少板卡面积，从而实现高度的机电一体化。本专利技术还提供一种关节，包括：一个以上的上述的电机系统。与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：本技术方案的关节包括电机系统，所述电机系统包括电机控制器，所述电机控制器采用FPGA芯片，可以采用编程的方法来实现功能模块，并构建相应的对外接口。理论上讲，只要芯片的管脚和内部的逻辑资源足够，就可以根据需要进行编程以实现所需的功能模块和对外的接口。这克服了现有技术中控制器的接口数量、位置、功能固定的问题；本技术方案的电机控制器功
能模块可根据需要进行编程实现；接口的扩展和缩减成本低；物理管脚可任意配置，接口位置灵活性高，便于布线；能够将大量的外部电路内置，减少板卡面积，从而实现高度的机电一体化。附图说明图1为本专利技术第一实施例中电机控制器的示意图；图2为本专利技术第二实施例中电机系统的示意图。(注意：附图中的所示结构只是为了说明本专利技术特征的示意，并非是要依据附图所示结构。)具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。第一实施例本实施例提供了一种电机控制器。参考图1，本实施例的电机控制器包括FPGA芯片，CPU，电机控制系统和电机信号采集系统。所述FPGA芯片可以采用编程的方法来实现功能模块，并构建相应的对外接口。理论上讲，只要芯片的管脚和内部的逻辑资源足够，就可以根据需要进行编程以实现所需的功能模块和对外的接口。在本实施例中，编程的方法可以为硬件编程语言，如VHDL语言。功能模块采用硬件编程语言实现，可实现对信号的硬件处理，其处理方式为并行方式，速度快。在本实施例中，所述FPGA芯片采用ALTERA EP3C系列芯片。所述CPU通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，在本实施例中，所述CPU为NIOS II微处理器。所述电机控制系统通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，且与CPU连接以控制电机。参考图1，在本实施例中，所述电机控制系统包括电机驱动模块和电机制动模块。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电机控制器，其特征在于，包括：FPGA芯片；CPU，所述CPU烧录于所述FPGA芯片；电机控制系统，所述电机控制系统通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，且与CPU连接以控制电机；电机信号采集系统，所述电机信号采集系统通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，且与CPU连接以接收电机信号。
【技术特征摘要】
1.一种电机控制器，其特征在于，包括：FPGA芯片；CPU，所述CPU烧录于所述FPGA芯片；电机控制系统，所述电机控制系统通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，且与CPU连接以控制电机；电机信号采集系统，所述电机信号采集系统通过硬件编程语言实现，并烧录于所述FPGA芯片，且与CPU连接以接收电机信号。2.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于,所述FPGA芯片采用ALTERA EP3C系列芯片。3.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述CPU为NIOS II微处理器。4.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，电机控制系统包括：电机驱动模块，所述电机驱动模块连接所述CPU，用于接收所述CPU指令以驱动电机，并采集电机转子位置；电机制动模块，所述电机制动模块连接所述CPU，用于接收所述CPU指令以制动电机。5.根据权利要求4所述的电机控制器，其特征在于，电机驱动模块包括：PWM发生器，用于发送控制信号以驱动电机；霍尔信号采集器，用于采集电机转子位置。6.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，电机信号采集系统包括：力矩传感器接收模块，所述力矩传感器接收模块连接所述CPU，用于将力矩信息传输给所述CPU，并接收所述CPU发布的指令；位置接收模块，所述位置接收模块连接所述CPU，用于将位置信息传输给所述CPU，并接收所述CPU发布的指令；电流采集模块，所述电流采集模块连接所述CPU，用于将电流信息传输给所述CPU，并接收所述CPU发布的指令。7.根据权利要求6所述的电机控制器，其特征在于，位置接收模块包括：光电编码器接收模块，用于接收电机的绝对位置信息；磁编码器接收模块，用于接收...
【专利技术属性】
技术研发人员：温中蒙，禹超，王海荣，苏杰，刘卓斌，
申请(专利权)人：尔智机器人上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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