一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器，包括上位机层面和下位机层面，上位机层面微处理器ARM并内置有人机交互界面软件，下位机层面包括主处理器DSP和协处理器FPGA，DSP一方面接收上位机数据、并进行算法运算、通信数据的发送、接收和解析，数据的存储，另一方面DSP读取FPGA采集其他模块的状态和输入信号，并向其他模块发送控制信号；FPGA用于负责外部通用IO设计，采集外部状态，向DSP发送实时的外部信号，读取DSP发送的控制信号，产生驱动器位置脉冲的输出。本实用新型专利技术控制系统性能稳定，上手容易，可长时间无故障运行，其扩展性极强，参数配置简单，易于维护。

An Industrial Robot Motion Controller Based on ARM+DSP+FPGA

The utility model discloses an industrial robot motion controller based on ARM+DSP+FPGA, which includes the upper computer level and the lower computer level. The upper computer level microprocessor ARM is equipped with human-computer interaction interface software. The lower computer level includes the main processor DSP and the co-processor FPGA. On the one hand, the DSP receives the upper computer data, performs algorithm calculation, transmits and receives and reconciles the communication data. Analysis, data storage, on the other hand, the DSP reads the status and input signals of other modules from the FPGA, and sends control signals to other modules. The FPGA is responsible for the external general IO design, collects external status, sends real-time external signals to the DSP, reads the control signals sent by the DSP, and generates the output of the driver position pulse. The control system of the utility model has the advantages of stable performance, easy operation, long time trouble-free operation, strong expansibility, simple parameter configuration and easy maintenance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器
本技术涉及工业机器人运动控制领域，具体为一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器。
技术介绍
工业机器人运动控制系统是由运动控制器、执行器、传感器、传感部件构成。其中，运动控制器是机器人进行运动的最顶层规划装置，它将机器人要完成的动作转换成相应的控制器指令，并采集信号经过运算为电机等机器人动力装置提供控制信号，使机器人正确动作，所以它是工业机器人的大脑。传统工业机器人通过编程和仿真来完成各种预期的动作和作业任务，执行动作单一、简单，无法完成复杂动作。而现代工业化对机器人的要求日益提高，为处理突发情况以及完成更加复杂的动作，要求机器人整合多种传感器，如视觉、声觉、触觉等。通过多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制，能够更加智能，并能够处理更为复杂的动作，充分提高生产工程的自动化。采用多传感器融合技术，涉及到大量的数据实时处理及指令控制等，对主控芯片要求较高。而且现有系统不太稳定，操作起来也不是很方便，扩展性也不是很强，使用和维护都有一定难度。
技术实现思路
（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本技术提供了一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器，通过本技术可以提高工业机器人工作效率。（二）技术方案为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器，包括上位机层面和下位机层面，所述上位机层面微处理器ARM并内置有人机交互界面软件，其特征在于，所述下位机层面包括主处理器DSP和协处理器FPGA，DSP一方面用于接收上位机数据、并进行算法运算、通信数据的发送、接收和解析，数据的存储，另一方面DSP还用于读取FPGA采集其他模块的状态和输入信号，并向其他模块发送控制信号；FPGA用于负责外部通用IO设计，采集外部状态，向DSP发送实时的外部信号，读取DSP发送的控制信号，产生驱动器位置脉冲的输出及对DAC模块的输入锁存。优选地，所述ARM选用ARM9系列三星公司的S3C2440处理器。优选地，所述上位机主要包括如下模块：存储模块NandFlash和SDRAM、以太网模块、第一电源模块、第一复位模块、键盘模块、触摸屏模块和LCD显示模块、调试模块。优选地，所述存储模块NandFlash用于需要掉电保护的数据存储，存储模块SDRAM用于存放运行代码、数据和堆栈空间；以太网模块用于接入因特网，组成局域网；第一电源模块用于实现电压转换为上位机不同模块提供不同电压；第一复位模块用于使各模块回复到初始状态；键盘模块用于机器人状态输入；触摸屏模块和LCD显示模块用于机器人运行信息反馈到LCD触摸屏上；调试模块用于将编译好的程序通过JTAG接口下载到上位机芯片里，对系统进行仿真和调试。优选地，所述DSP的型号为TMS320C6713，所述DSP包括DSP硬件模块设计和DSP接口设计。优选地，所述DSP硬件模块设计包括：第二电源模块、第二复位模块、SDRAM模块、FLASH模块、CPLD模块；DSP接口设计包括：McBSP接口、EMIF接口、HPI接口和JTAG接口。优选地，所述FPGA的型号为XC3S400A，所述FPGA包括变频脉冲发生模块、IO接口模块和D/A接口模块。优选地，所述变频脉冲发生模块包括频率发生器和脉冲发生器两个模块，频率发生器模块用于输出脉冲信号，脉冲发生器模块用于控制频率发生器输出一定脉冲数。（三）有益效果本技术提供了一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器，具备以下有益效果：（1）、本技术ARM芯片片上外设有4通道DMA、3通道UART、2通道SPI、专用LCD控制器、触摸屏接口、USB主机和设备、具有16K指令缓存和16K数据缓存的内存管理单元等。主频高达400MHZ，工作电压为1.2V，具有低价格、低功耗、高性能特点。（2）、本技术控制系统性能稳定，上手容易，可长时间无故障运行，其扩展性极强，参数配置简单，易于维护。（3）、本技术基于高性能处理芯片的机器人功能部件保证了系统的实时性控制和调度，增强了系统的抗干扰能力，实现多伺服、特殊环境下功能部件的联动与插补。（4）、本技术多处理器协作的控制单元；多机多轴同作业系统。（5）、本技术ARM运行在Linux操作系统，在Qtopia-2.2.0开发平台上开发人机交互界面，具有良好的可移植性，能够移植到其他平台。附图说明图1为本技术控制器总体结构设计；图2为本技术DSP总体结构框图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。如图1和图2所示，本技术提供一种技术方案：一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器，包括上位机层面和下位机层面，所述上位机层面微处理器ARM并内置有人机交互界面软件，所述下位机层面包括主处理器DSP和协处理器FPGA，DSP一方面用于接收上位机数据、并进行算法运算、通信数据的发送、接收和解析，数据的存储，另一方面DSP还用于读取FPGA采集其他模块的状态和输入信号，并向其他模块发送控制信号；FPGA用于负责外部通用IO设计，采集外部状态，向DSP发送实时的外部信号，读取DSP发送的控制信号，产生驱动器位置脉冲的输出及对DAC模块的输入锁存。所述ARM选用ARM9系列三星公司的S3C2440处理器。ARM运行在Linux操作系统，在Qtopia-2.2.0开发平台上开发人机交互界面，具有良好的可移植性，能够移植到其他平台。所述上位机主要包括如下模块：存储模块NandFlash和SDRAM、以太网模块、第一电源模块、第一复位模块、键盘模块、触摸屏模块和LCD显示模块、调试模块。所述存储模块NandFlash用于需要掉电保护的数据存储，存储模块SDRAM用于存放运行代码、数据和堆栈空间；以太网模块用于接入因特网，组成局域网；第一电源模块用于实现电压转换为上位机不同模块提供不同电压；第一复位模块用于使各模块回复到初始状态；键盘模块用于机器人状态输入；触摸屏模块和LCD显示模块用于机器人运行信息反馈到LCD触摸屏上；调试模块用于将编译好的程序通过JTAG接口下载到上位机芯片里，对系统进行仿真和调试。所述DSP的型号为TMS320C6713。所述DSP包括DSP硬件模块设计和DSP接口设计。所述DSP硬件模块设计包括：第二电源模块、第二复位模块、SDRAM模块、FLASH、CPLD；DSP接口设计包括：McBSP接口、EMIF接口、HPI接口。（1）第二电源模块下位机系统根据所有器件的功耗计算，系统需要外接一个5V电源，通过MAX660、MAX603、MAX604电源芯片转换成系统需要的3.3V、2.5V、1.8V、1.2V等电压。（2）第二复位模块采用MAX811T芯片实现复位功能，MAX811T可对电压和复位进行检测，复位引脚查询按键复位，当电压小于设定的临界值时产生复位信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器，包括上位机层面和下位机层面，所述上位机层面微处理器ARM并内置有人机交互界面软件，其特征在于，所述下位机层面包括主处理器DSP和协处理器FPGA，DSP一方面用于接收上位机数据、并进行算法运算、通信数据的发送、接收和解析，数据的存储，另一方面DSP还用于读取FPGA采集的状态和输入信号，并发送控制信号；FPGA用于负责外部通用IO设计，采集外部状态，向DSP发送实时的外部信号，读取DSP发送的控制信号，产生驱动器位置脉冲的输出及对DAC模块的输入锁存。

【技术特征摘要】
1.一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器，包括上位机层面和下位机层面，所述上位机层面微处理器ARM并内置有人机交互界面软件，其特征在于，所述下位机层面包括主处理器DSP和协处理器FPGA，DSP一方面用于接收上位机数据、并进行算法运算、通信数据的发送、接收和解析，数据的存储，另一方面DSP还用于读取FPGA采集的状态和输入信号，并发送控制信号；FPGA用于负责外部通用IO设计，采集外部状态，向DSP发送实时的外部信号，读取DSP发送的控制信号，产生驱动器位置脉冲的输出及对DAC模块的输入锁存。2.根据权利要求1所述的一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器，其特征在于：所述ARM选用ARM9系列三星公司的S3C2440处理器。3.根据权利要求1所述的一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器，其特征在于：所述上位机主要包括如下模块：存储模块NandFlash和SDRAM、以太网模块、第一电源模块、第一复位模块、键盘模块、触摸屏模块和LCD显示模块、调试模块。4.根据权利要求3所述的一种基于ARM+DSP+FPGA的工业机器人运动控制器，其特征在于：所述存储模块NandFlash用于需要掉电保护的数据存储，存储模块SDRAM用于存放运行代码、数据和堆栈空间；以太网模块用于接入因特网，组成局域网...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵岩，
申请(专利权)人：宿迁学院，
类型：新型
国别省市：江苏,32