[发明专利]工业机器人运动控制器的架构

说明书

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，涉及一种工业机器人运动控制器的架构。

背景技术

随着我国经济的快速增长，特别是食品生产与加工工业、汽车及汽车零部件制造行业、电子元器件制造行业等领域的发展，推动并引领我国制造业从传统的劳动密集型向以自动化、信息化等为特征的现代技术密集型转变。

工业机器人作为典型的机电一体化产品，在加工、焊接、搬运、喷涂、装配等工业生产中替代或协助人进行工作，提高了劳动生产率及生产质量，降低了生产成本，保障了人身安全。因此，工业机器人在现代制造业中得到了广泛应用。

工业机器人运动控制系统是由运动控制器、执行器、传感器、传动部件构成。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。

工业机器人运动控制器研究现状：

(1)“PC/工控机(IPC)+运动控制卡”(PC模式)：这种模式控制系统被称为基于个人计算机的运动控制系统，此种模式把与计算机相独立的、具备开放式软硬件结构的运动控制卡，通过PCI等标准的计算机总线连接至计算机软硬件系统，在计算机主机内插入运动控制卡，与上位机控制软件一起构成数控系统，数控系统通过专用接口对驱动器和电机进行运动控制。通过在PC及操作系统下调用相关函数，可实现插补、伺服控制等基本运动控制功能。运动控制芯片(ASIC)或专用处理器(ASIP),一些芯片还是专门为数控机床设计的，如MCX314，具有各种基本插补功能，急停、硬限位等I/O控制功能，可实现对数字伺服电机和步进电机的控制。同时，还存在基于PCI、ISA等PC总线的以DSPs或FPGA或其他处理器如ARM等作为核心处理器的运动控制卡。PC模式运动控制系统体系虽然具备出色的开放性，但由于PC机的体积过大，基于PC机的运动控制系统不能集成到对体积严格要求的微小型工业系统内。另外，基于PC的运动控制系统虽然具备人机交互等丰富的功能，但对一些功能要求简单的工业系统就显得资源过剩，而过多的功能与接口又增加了系统的成本。同时，该类控制器主要基于微软Windows通用操作系统，而Windows不是面向工业控制而设计的系统，无法满足运动控制系统的稳定性、实时性控制要求；同时Windows操作系统是代码不开源的商品化操作系统，因此无法对其进行实时性改造。

(2)“嵌入式处理器/IPC+实时操作系统”(非PC模式)：

非PC模式的运动控制系统最主要的特点为运动控制器可独立于PC或IPC运行。工业环境存在很多限制，如空间体积等，而且存在各种电磁干扰。通过嵌入式技术，将运动控制器小型化并增强其抗干扰能力，应用于工业生产中，既解决了稳定性问题，又降低了控制系统的成本。

“PC模式”与“非PC模式”两种总体架构。“PC模式”运动控制器的优点在于基于PC机使得控制系统具有良好的开放性，同时可以利用PC机丰富的资源。缺点在于由于PC机的存在，使得控制系统体积过大，不利于集成；同时PC机资源过剩，无法得到有效利用，无形中增加了系统的成本；普通PC机抗干扰能力低，使得整个运动控制系统稳定性较低，使得整个运动控制系统稳定性较低；PC机上处理过多的任务，影响运动控制系统的实时性。“非PC模式”运动控制器的优点在于利用嵌入式软硬件技术，减小了运动控制系统的结构规模，提高工业机器人在工业生产中的集成度，满足了精度要求，提高了可靠性和实时性，同时降低了成本。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种工业机器人运动控制器的架构。

为此，本发明提供的技术方案为：

一种工业机器人运动控制器的架构，包括：

ARM处理器，其作为主处理器，用于事件管理；和，

FPGA处理器，其与所述ARM处理器连接，作为协处理器，用于负责各个关节电机伺服控制、输出数字量控制、输出位置脉冲、接收编码器信号及扩展IO信号的处理。

优选的是，所述的工业机器人运动控制器的架构中，所述ARM处理器与所述FPGA处理器通过总线进行数据交互。

优选的是，所述的工业机器人运动控制器的架构中，所述ARM处理器上设置有SPI接口。

优选的是，所述的工业机器人运动控制器的架构中，所述ARM处理器为嵌入式。