CN103448062A - 一种基于Powerlink的机器人控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Powerlink的机器人控制方法，包括Ethernet Powerlink主站和FPGA从站，所述FPGA从站由通信部分、控制数据传输接口和逻辑控制部分组成，所述通信部分包括软核处理器，控制数据传输接口包括DPRAM，所述逻辑控制部分由逻辑控制单元组成，所述软核处理器上设有DPRAM控制模块。与现有技术相比，本发明中通信部分用来实现从站的Powerlink协议，主站通过以太网和从站传输数据，而且在保证数据传输高速的同时也确保了数据的完整性和不丢失性，机器人控制信息和传感器等反馈信息能够达到ms级的刷新速度，使得机器人的性能得到大幅度的提升。

Description

一种基于Powerlink的机器人控制方法
技术领域
本发明涉及一种数据传输接口，尤其涉及一种基于Powerlink的机器人控制方法。
背景技术
随着科技的发展，机器人现在已经不再仅限于理论研究阶段，很多工业生产和生活中都可以看到机器人的运用，比如水平四轴机器人就可以运用于：搬运，点胶，雕刻等等场合。所以机器人对社会生产力，特别是工业自动化有着非常重要的影响。但是应用场合的不断增多，应用环境越来越复杂都对机器人的性能提出了挑战，比如在搬运作业当中，为了使生产效率提高，必然要加快机器人的运动速度，为了能够使机器人运动地更快控制系统的指令传输和信息反馈也要更快，常用的数据传输接口控制方案限制了机器人的性能提升，比如基于串口的机器人控制，由于串口传输速度和抗干扰能力的缺陷不适合在实时要求很高的机器人中使用。在已有的接口控制中USB和以太网是传输速度相对较快的接口，但是USB的传输受距离的影响很大，不适合工业运用的场合。
普通的以太网是基于载波监听/检测CSMA/CD实现介质访问控制，在当一个数据产生冲突时，其等待时间具有不确定性，所以运用到机器人现场设备时，实时通信不能得到满足，致使以太网技术不能在工业底层设备中有效运用。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决了上述问题且基于Powerlink的机器人控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于Powerlink的机器人控制方法，包括Ethernet Powerlink主站和FPGA从站，所述FPGA从站由通信部分、控制数据传输接口和逻辑控制部分组成，所述通信部分包括软核处理器，所述控制数据传输接口包括DPRAM，所述逻辑控制部分由逻辑控制单元组成，所述软核处理器上设有DPRAM控制模块，所述软核处理器的信号端通过DPRAM控制模块与DPRAM的信号端双向连通，所述DPRAM的数据接口与逻辑控制单元的信号端双向连通；
作为优选，所述Ethernet Powerlink主站通过网卡PHY1、PHY2上的RJ45接口与FPGA从站的通信部分双向连通；
作为优选，所述通信部分的软核处理器为Nios II系列32位RSIC嵌入式处理器；
作为优选，所述DPRAM控制模块与DPRAM之间采用32位的总线连通进行数据传输；
作为优选，所述DPRAM与逻辑控制单元之间采用32位的总线连通进行数据传输；
作为优选，所述逻辑控制模块通过与DPRAM的接口读取相应的指令数据，用来对机器人的关节产生控制，控制机器人的控制信息和反馈信息通过信息反馈电路反馈到逻辑控制单元。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中通信部分用来实现从站的Powerlink协议，主站通过以太网和从站传输数据，在Nios II软核处理器中加入了DPRAM控制模块，用来将以太网传输的数据通过32位的总线存储到DPRAM中，这样在保证数据传输高速的同时也确保了数据的完整性和不丢失性。在DPRAM片上存储的后级便是逻辑控制单元，逻辑控制模块通过与DPRAM的接口读取相应的指令数据，用来对关节产生控制。由于Powerlink的高实时性能，机器人控制信息和传感器等反馈信息能够达到ms级的刷新速度，使得机器人的性能得到大幅度的提升。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1，一种基于Powerlink的机器人控制方法，包括EthernetPowerlink主站和FPGA从站，所述FPGA从站由通信部分、控制数据传输接口和逻辑控制部分组成，所述Ethernet Powerlink主站通过网卡PHY1、PHY2上的RJ45接口与FPGA从站的通信部分双向连通，所述通信部分包括软核处理器，所述通信部分的软核处理器Nios II系列32位RSIC嵌入式处理器，控制数据传输接口包括DPRAM，所述逻辑控制部分由逻辑控制单元组成，所述软核处理器上设有DPRAM控制模块，所述软核处理器的信号端通过DPRAM控制模块与DPRAM的信号端双向连通，所述DPRAM控制模块与DPRAM之间采用32位的总线连通进行数据传输，所述DPRAM的数据接口与逻辑控制单元的信号端双向连通，所述DPRAM与逻辑控制单元之间采用32位的总线连通进行数据传输；所述逻辑控制模块通过与DPRAM的接口读取相应的指令数据，用来对机器人的关节产生控制，控制机器人产生的控制信息和反馈信息通过信息反馈电路反馈到逻辑控制单元。
其中通信部分用来实现从站的Powerlink协议，主站通过以太网和从站传输数据，在Nios II软核处理器中加入了DPRAM控制模块，用来将以太网传输的数据通过32位的总线存储到DPRAM中，这样在保证数据传输高速的同时也确保了数据的完整性和不丢失性。在DPRAM片上存储的后级便是逻辑控制单元，逻辑控制模块通过与DPRAM的接口读取相应的指令数据，用来对关节产生控制。由于Powerlink的高实时性能，机器人控制信息和传感器等反馈信息能够达到ms级的刷新速度，使得机器人的性能得到大幅度的提升。
本发明中的Powerlink是一种确定性工业以太网，在快速以太网的基础上建立了一个高速实时的机器人控制系统。相对于普通以太网Powerlink采用分时槽通行网络管理SCNM，在时间上重新组织了网络中信息交换机制,实现了异步数据传输和实时周期性数据同步传输，满足了IAONA实时的最高4级等级和最低抖动（小于1us）。由于在工业应用中，机器人系统对实时性要求非常高，在us到几个10ms这个级别。
对于机器人系统，当系统给定设定曲线后，机器人系统要将这些值转化成为机器人的动作路径，结果都将会送给每个伺服轴作为其旋转角度的参量，如果希望机器人的加工精度和速度得到提高及数据刷新的周期必须的到大幅度提高。所以采用Powerlink控制方案的机器人系统才能不断满足市场对机器人性能所提出的挑战。
以上对本发明所提供的一种基于Powerlink的机器人控制方法进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于Powerlink的机器人控制方法，包括Ethernet Powerlink主站和FPGA从站，其特征在于：所述FPGA从站由通信部分、控制数据传输接口和逻辑控制部分组成，所述通信部分包括软核处理器，所述控制数据传输接口包括DPRAM，所述逻辑控制部分由逻辑控制单元组成，所述软核处理器上设有DPRAM控制模块，所述软核处理器的信号端通过DPRAM控制模块与DPRAM的信号端双向连通，所述DPRAM的数据接口与逻辑控制单元的信号端双向连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于Powerlink的机器人控制方法，其特征在于：所述Ethernet Powerlink主站通过网卡PHY1、PHY2上的RJ45接口与FPGA从站的通信部分双向连通。
3.根据权利要求1所述的一种基于Powerlink的机器人控制方法，其特征在于：所述通信部分的软核处理器为Nios II系列32位RSIC嵌入式处理器。
4.根据权利要求3所述的一种基于Powerlink的机器人控制方法，其特征在于：所述DPRAM控制模块与DPRAM之间采用32位的总线连通进行数据传输。
5.根据权利要求3所述的一种基于Powerlink的机器人控制方法，其特征在于：所述DPRAM与逻辑控制单元之间采用32位的总线连通进行数据传输。
6.根据权利要求1所述的一种基于Powerlink的机器人控制方法，其特征在于：所述逻辑控制模块通过与DPRAM的接口读取相应的指令数据，用来对机器人的关节产生控制，控制机器人的控制信息和反馈信息通过信息反馈电路反馈到逻辑控制单元。
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