一种六自由度并联机器人的控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种六自由度并联机器人的控制系统及其控制方法，该控制系统包括：具有人机交互界面的上位机；与上位机连接的ARM模块；与ARM模块连接的FPGA模块；ARM模块控制FPGA模块调整六自由度并联机器人从当前位姿运动到期望位姿。通过设置具有人机交互界面的上位机，便于用户向控制系统中输入控制指令；通过设置与上位机连接以与上位机进行信息交互的ARM模块，实现上位机与ARM模块的信息交互，便于将控制指令传输给ARM模块，以使ARM模块对控制指令进行处理；通过设置与ARM模块连接以与ARM模块进行信息交互的FPGA模块，使ARM模块将处理后的控制信息写入FPGA模块，并进行读取，从而控制FPGA模块调整六自由度并联机器人从当前位姿运动到期望位姿。

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度并联机器人的控制系统及其控制方法
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种六自由度并联机器人的控制系统及其控制方法。
技术介绍
并联机器人是通过使用至少两个独立的运动链将可运动平台和固定平台进行相互连接，其机械结构具有两个或者两个以上可运动的自由度，并且用并联方式来驱动的一种闭环特性的机器人。并联机器人类型的设备大部分情况下主要应用于紧凑精密的场景，竞争优势点集中在动态性能、速度和重复定位精度等方面。应用领域大致可以分为六大方面，运动模拟器、工业机器人、并联机床、操作器、医用机器人和微动机构。现有技术对于不同的机器人机械结构有不同的运动控制系统和方法，市面上的控制器产品多是针对少自由度并联机器人的运动控制。少自由度并联机器人其结构简单、可相对容易地进行运动学分析和控制，但是对于六自由度并联机器人在运动和轨迹的控制和规划没有很好的运动控制系统和方法。现有并联机器人在部分位姿状态下，可能发生奇异位形，机械结构将会失去控制，并联机器人计算获得解的方式和途径也非常的不足，经常用到的实现控制的算法仅仅在单点控制上效果明显，而实际真正需要的跟踪控制远远不能满足，其运算过程复杂，呈现出的效果也不符合预期。
技术实现思路
本专利技术提供了一种六自由度并联机器人的控制系统及其控制方法，用以实现对六自由度机器人的整体控制，且简化控制方式。第一方面，本专利技术提供了一种六自由度并联机器人的控制系统，其中，六自由度并联机器人具有用于表征六自由度并联机器人的姿态的六个杆，该控制系统包括：具有人机交互界面的上位机，人机交互界面用于输入包含有当前位姿以及期望位姿信息的控制指令；与上位机连接以与上位机进行信息交互的ARM(AdvancedRISCMachines，一种微处理器)模块；ARM模块用于接收控制指令；ARM模块还用于依据机器人逆向运动学算法计算出六自由度并联机器人的六个杆的长度；ARM模块还用于依据六自由度并联机器人的伺服参数和电缸导程，计算出六自由度并联机器人从当前位姿运动到期望位姿时所需的脉冲数；与ARM模块连接以与ARM模块进行信息交互的FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程逻辑门阵列)模块，ARM模块还用于将所需的脉冲数写入FPGA模块；ARM模块还用于控制FPGA模块调整六自由度并联机器人从当前位姿运动到期望位姿。在上述的方案中，通过设置具有人机交互界面的上位机，便于用户向控制系统中输入控制指令；通过设置与上位机连接以与上位机进行信息交互的ARM模块，实现上位机与ARM模块的信息交互，便于将控制指令传输给ARM模块，以使ARM模块对控制指令进行处理；通过设置与ARM模块连接以与ARM模块进行信息交互的FPGA模块，使ARM模块将处理后的控制信息写入FPGA模块，并进行读取，从而控制FPGA模块调整六自由度并联机器人从当前位姿运动到期望位姿。在一个具体的实施方式中，FPGA模块具有定时器；ARM模块还用于将所需的脉冲数写入FPGA模块；ARM模块还用于控制FPGA模块调整六自由度并联机器人从当前位姿运动到期望位姿具体为：ARM模块还用于关闭FPGA模块中的定时器；ARM模块还用于在关闭定时器后，读取FPGA模块中的剩余未输出脉冲数；ARM模块还用于依据所需的脉冲数、剩余未输出脉冲数，计算出实际所需的脉冲数及方向；ARM模块还用于计算FPGA模块进行剩余脉冲输出所需要的分频数；ARM模块还用于将实际所需的脉冲数、方向及分频数一同写入FPGA中；ARM模块还用于在ARM模块将实际所需的脉冲数、方向及分频数一同写入FPGA中后，启动FPGA模块中的定时器。通过ARM模块从FPGA模块中读取机器人的上一控制周期剩余未输出脉冲数，计算出实际需要向FPGA模块中写入的脉冲数和方向，从而防止出现未输出脉冲数的累积。在一个具体的实施方式中，控制指令包括至少一帧控制信息，其中，每帧控制信息包括：命令种类标志符；六自由度并联机器人的位姿数据字符；六自由度并联机器人的轨迹运动完成时间字符。从而便于ARM模块与上位机之间的信息交互。在一个具体的实施方式中，命令种类标志符包括：单点位姿控制标志符、归零复位控制标志符、轨迹控制标志符；且在命令种类标志符为轨迹标志符时，轨迹运动完成时间字符为有效标志符；在命令种类标志符为非轨迹标志符时，轨迹运动完成时间字符为无效标志符。以满足相应的控制需要。在一个具体的实施方式中，每帧控制信息包括28个字符；其中，起始字符为“：”；第二个字符为命令种类标志符；第三个字符至第二十六个字符为六自由度并联机器人的位姿数据字符；第二十七个字符为六自由度并联机器人的轨迹运动完成时间字符；第二十八个字符为“\n”。以便于使每一帧的控制信息都作为一个数据单元，便于ARM模块进行处理。在一个具体的实施方式中，在每一周期内，六个杆中的每个杆的输出脉冲数在第一脉冲数及第二脉冲数之间；其中，第一脉冲数小于第二脉冲数。通过对每周期的每个杆的输出脉冲的最大值和最小值进行限制，防止六自由度并联机器人在每一周期的输出脉冲数多大时运动猛烈；或每一周期的输出脉冲数多小时，将此脉冲数放入下一控制周期输出。在一个具体的实施方式中，ARM模块与上位机连接以进行信息交互具体为：ARM模块通过串口通讯的方式与上位机连接以进行信息交互。以便于ARM模块与上位机之间的信息交互。在一个具体的实施方式中，ARM模块与FPGA模块连接以进行信息交互具体为：ARM模块通过FSMC(FlexibleStaticMemoryController，可变静态存储控制器)总线与FPGA模块连接以进行信息交互。以便于ARM模块对FPGA模块的控制，便于ARM模块将控制信息写入FPGA模块及读取FPGA模块。第二方面，本专利技术还提供了一种六自由度并联机器人的控制方法，其中，六自由度并联机器人具有用于表征六自由度并联机器人的姿态的六个杆，该控制方法包括：向上位机的人机交互界面输入包含有当前位姿以及期望位姿的信息的控制指令；上位机向ARM模块传输控制指令；ARM模块依据机器人逆向运动学算法计算出六自由度并联机器人的六个杆的长度；ARM模块依据伺服参数及电缸导程计算出六自由度并联机器人从当前位姿运动到期望位姿时所需的脉冲数；ARM模块向FPGA模块中写入所需的脉冲数；ARM模块控制FPGA模块调整六自由度并联机器人从当前位姿运动到期望位姿。在上述的方案中，通过设置具有人机交互界面的上位机，便于用户向控制系统中输入控制指令；通过设置与上位机连接以与上位机进行信息交互的ARM模块，实现上位机与ARM模块的信息交互，便于将控制指令传输给ARM模块，以使ARM模块对控制指令进行处理；通过设置与ARM模块连接以与ARM模块进行信息交互的FPGA模块，使ARM模块将处理后的控制信息写入FPGA模块，并进行读取，从而控制FPGA模块调整六自由度并联机器人从当前位姿运动到期望位姿。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六自由度并联机器人的控制系统，其中，所述六自由度并联机器人具有用于表征六自由度并联机器人的姿态的六个杆，其特征在于，所述控制系统包括：/n具有人机交互界面的上位机，所述人机交互界面用于输入包含有当前位姿以及期望位姿信息的控制指令；/n与所述上位机连接以与所述上位机进行信息交互的ARM模块；所述ARM模块用于接收所述控制指令；所述ARM模块还用于依据机器人逆向运动学算法计算出所述六自由度并联机器人的六个杆的长度；所述ARM模块还用于依据所述六自由度并联机器人的伺服参数和电缸导程，计算出所述六自由度并联机器人从所述当前位姿运动到所述期望位姿时所需的脉冲数；/n与所述ARM模块连接以与所述ARM模块进行信息交互的FPGA模块，所述ARM模块还用于将所述所需的脉冲数写入所述FPGA模块；所述ARM模块还用于控制所述FPGA模块调整所述六自由度并联机器人从所述当前位姿运动到所述期望位姿。/n

【技术特征摘要】
1.一种六自由度并联机器人的控制系统，其中，所述六自由度并联机器人具有用于表征六自由度并联机器人的姿态的六个杆，其特征在于，所述控制系统包括：
具有人机交互界面的上位机，所述人机交互界面用于输入包含有当前位姿以及期望位姿信息的控制指令；
与所述上位机连接以与所述上位机进行信息交互的ARM模块；所述ARM模块用于接收所述控制指令；所述ARM模块还用于依据机器人逆向运动学算法计算出所述六自由度并联机器人的六个杆的长度；所述ARM模块还用于依据所述六自由度并联机器人的伺服参数和电缸导程，计算出所述六自由度并联机器人从所述当前位姿运动到所述期望位姿时所需的脉冲数；
与所述ARM模块连接以与所述ARM模块进行信息交互的FPGA模块，所述ARM模块还用于将所述所需的脉冲数写入所述FPGA模块；所述ARM模块还用于控制所述FPGA模块调整所述六自由度并联机器人从所述当前位姿运动到所述期望位姿。


2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述FPGA模块具有定时器；
所述ARM模块还用于将所述所需的脉冲数写入所述FPGA模块；所述ARM模块还用于控制所述FPGA模块调整所述六自由度并联机器人从所述当前位姿运动到所述期望位姿具体为：
所述ARM模块还用于关闭所述FPGA模块中的定时器；
所述ARM模块还用于在关闭所述定时器后，读取所述FPGA模块中的剩余未输出脉冲数；所述ARM模块还用于依据所述所需的脉冲数、所述剩余未输出脉冲数，计算出实际所需的脉冲数及方向；所述ARM模块还用于计算FPGA模块进行实际脉冲输出所需要的分频数；所述ARM模块还用于将所述实际所需的脉冲数、方向及所述分频数一同写入所述FPGA中；
所述ARM模块还用于在所述ARM模块将所述实际所需的脉冲数、方向及所述分频数一同写入所述FPGA中后，启动FPGA模块中的定时器。


3.如权利要求1-2任一项所述的控制系统，其特征在于，所述控制指令包括至少一帧控制信息，其中，每帧控制信息包括：
命令种类标志符；
所述六自由度并联机器人的位姿数据字符；
所述六自由度并联机器人的轨迹运动完成时间字符。


4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述命令种类标志符包括：单点位姿控制标志符、归零复位控制标志符、轨迹控制标志符；
且在所述命令种类标志符为轨迹标志符时，所述轨迹运动完成时间字符为有效标志符；
在所述命令种类标志符为非轨迹标志符时，所述轨迹运动完成时间字符为无效标志符。


5.如权利要求3所述的控制系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志列，庞观士，刘志永，林诗美，陈超，沈航，胡钢，闵华清，朱金辉，吴庆耀，
申请(专利权)人：研祥智能科技股份有限公司，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44