CN105373109B - 一种Delta机器人驱控系统 - Google Patents

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Abstract

一种Delta机器人驱控系统，包括主控制子系统、控制子系统和电源模块，所述主控制子系统实现机器人动力学运算和闭环控制，所述控制子系统实现对伺服电机的控制，所述主控制子系统和所述控制子系统之间进行双向数据协同传输，所述主控制子系统包含F28M36双核芯片，所述F28M36双核芯片包括负责外围电路监控的ARM处理器和负责机器人所有运算的DSP处理器，所述Delta机器人驱控系统采用EtherCAT总线方式连接所述F28M36双核芯片，用于实现上位主机与机器人子节点的高效通讯，所述电源模块用于给所述主控制子系统和所述控制子系统供电。采用DSP处理器增加系统的运算速率，性价比可大幅度提高，采用EtherCAT总线通讯方式，可将同一个网络的所有机器人通讯效率发挥到最大。

Description

一种Delta机器人驱控系统
技术领域
本发明涉及嵌入式计算机控制领域，具体涉及一种Delta机器人驱控系统。
背景技术
目前PA(PRECISE AUTOMATION)公司开发的Delta机器人驱动控制器采用ARM+FPGA+MODBUS/TCP的硬件架构，实现了对机器人的控制和组网，而驱动控制器采用MODBUS/TCP点到点的通讯方式使得组网通讯效率较低，可组网机器人数量有限，最大可组网32个机器人，而且没有采用DSP处理器作为运算单元，使得系统做大规模复杂运算的时候效率低下。
发明内容
有鉴于此，本发明提出的一种Delta机器人驱控系统，以解决现有技术中机器人组网通讯效率较低、可组网机器人数量有限和系统做大规模复杂运算的时候效率低下的问题。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种Delta机器人驱控系统，包括主控制子系统、控制子系统和电源模块，所述主控制子系统实现机器人动力学运算和闭环控制，所述控制子系统实现对伺服电机的控制，所述主控制子系统和所述控制子系统之间进行双向数据协同传输，所述主控制子系统包含F28M36双核芯片，所述F28M36双核芯片包括负责外围电路监控的ARM处理器和负责机器人所有运算的DSP处理器，所述Delta机器人驱控系统采用EtherCAT总线方式连接所述F28M36双核芯片，用于实现上位主机与机器人子节点的高效通讯，所述电源模块用于提供向所述通讯EtherCAT、所述主控制子系统和所述控制子系统供电的电压。
进一步的，所述主控制子系统和所述控制子系统之间采用UART进行双向数据协同传输。
进一步的，所述控制子系统包括处理器DSPTMS320F2812、IPU模块、电机模块、第一隔离型ADC和编码器，所述处理器DSPTMS320F2812通过所述IPU模块连接所述电机模块，所述编码器根据所述电机模块运动的情况将信息反馈给所述处理器F28M36，实现所述主控制子系统对所述Delta机器人驱控系统的监测以及根据所述电机模块的运动状态发出相应的指令。
进一步的，所述IPU模块内部集成逻辑、控制、检测和保护电路。
进一步的，所述电源模块用于提供向所述通讯EtherCAT和所述处理器DSPTMS320F2812供电的5V电压以及向所述IPU模块供电的直流310V电压。
进一步的，所述主控制子系统还包括第二隔离型ADC，用于将所述处理器F28M36的模拟信号转化为数字信号。
进一步的，所述Delta机器人驱控系统主要功能模块包括数据采集模块、数据监控模块和运算模块，所述数据采集模块通过所述处理器DSPTMS320F2812采集数据信息，所述数据监控模块根据所述处理器DSPTMS320F2812采集的数据信息通过所述第一隔离型ADC对所述IPU模块进行监控，所述数据采集和/或数据监控包括对温度、电压、电流等的监控，所述运算模块用于所述主控制系统根据所述数据采集模块采集的数据向所述控制子系统发出控制指令，实现机器人动力学运算和闭环控制。
进一步的，所述Delta机器人驱控系统辅助功能模块包括显示模块、数据存储模块、串口模块和扩展IO模块，所述显示模块用于显示反映所述Delta机器人驱控系统状态的数据，所述数据存储模块用于存储数据和/或数据采集模块获取的各种参数，所述串口模块采用串行通信方式的扩展接口，方便Delta机器人驱控系统与外部设备相连接，所述扩展IO模块用于所述主控制子系统与所述数据存储模块的连接和/或外部设备的连接/数据交换，当所述外部设备对所述主控制子系统发出相应命令时，使所述Delta机器人驱动系统做出相应的动作。
本发明的Delta机器人驱控系统采用ARM+DSP+EtherCAT硬件架构，ARM处理器负责外围电路的监控，DSP处理器负责机器人的所有运算，采用DSP处理器增加系统的运算速率，性价比可大幅度提高，而且采用目前工业界最流行的EtherCAT总线通讯方式(Onthefly)，可将同一个网络的所有机器人通讯效率发挥到最大，最大可以同时组网65535个机器人。
附图说明
图1为一种Delta机器人驱控系统的示意图；
图2为图1的Delta机器人驱控系统的具体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明，
请参阅图1和图2，本发明的Delta机器人驱控系统包括主控制子系统、控制子系统和电源模块，所述主控制子系统实现机器人动力学运算和闭环控制，所述控制子系统实现对伺服电机的控制，所述主控制子系统和所述控制子系统之间进行双向数据协同传输，所述主控制子系统包含F28M36双核芯片，所述F28M36双核芯片包括负责外围电路监控的ARM处理器和负责机器人所有运算的DSP处理器，所述Delta机器人驱控系统采用EtherCAT总线方式连接所述F28M36双核芯片，用于实现上位主机与机器人子节点的高效通讯，所述电源模块用于提供向所述通讯EtherCAT、所述主控制子系统和所述控制子系统供电的电压。
所述主控制子系统和所述控制子系统之间采用UART进行双向数据协同传输。
所述控制子系统包括处理器DSPTMS320F2812、IPU模块、电机模块、第一隔离型ADC和编码器，所述处理器DSPTMS320F2812通过所述IPU模块连接所述电机模块，所述编码器根据所述电机模块运动的情况将信息反馈给所述处理器F28M36，实现所述主控制子系统对所述Delta机器人驱控系统的监测以及根据所述电机模块的运动状态发出相应的指令。
所述IPU模块内部集成逻辑、控制、检测和保护电路。
所述电源模块用于提供向所述通讯EtherCAT和所述处理器DSPTMS320F2812供电的5V电压以及向所述IPU模块供电的直流310V电压。
所述主控制子系统还包括第二隔离型ADC，用于将所述处理器F28M36的模拟信号转化为数字信号。
所述Delta机器人驱控系统主要功能模块包括数据采集模块、数据监控模块和运算模块。所述数据采集模块通过所述处理器DSPTMS320F2812采集数据信息。所述数据监控模块根据所述处理器DSPTMS320F2812采集的数据信息通过所述第一隔离型ADC对所述IPU模块进行监控。所述数据采集和/或数据监控包括对温度、电压、电流等的监控。所述运算模块用于所述主控制系统根据所述数据采集模块采集的数据向所述控制子系统发出控制指令，实现机器人动力学运算和闭环控制。
所述Delta机器人驱控系统辅助功能模块包括显示模块、数据存储模块、串口模块和扩展IO模块。所述显示模块用于显示反映所述Delta机器人驱控系统状态的数据。所述数据存储模块用于存储数据和/或数据采集模块获取的各种参数。所述串口模块采用串行通信方式的扩展接口，方便Delta机器人驱控系统与外部设备相连接。所述扩展IO模块用于所述主控制子系统与所述数据存储模块的连接和/或外部设备的连接/数据交换，当所述外部设备对所述主控制子系统发出相应命令时，使所述Delta机器人驱动系统做出相应的动作。
Delta机器人驱控系统的具体工作过程如下：
F28M36处理器中ARM核负责通过EtherCAT总线接受上位控制指令，包括运动控制指令和其他控制指令，将接收到的指令解析出来通过内核间通讯传递到F28M36处理器DSP核中，DSP核根据接收到的指令做相应的动作和运算，当涉及到控制指令时做出相应的输出动作或者操作，当涉及到运动控制时，DSP核根据编码器反馈做全闭环运算，包括机器人运动学正反解和动力学正反解，得到的运算结果传输到执行单元控制子系统中，即TMS320F2812控制的驱动电路中，该环节主要完成的是速度环闭环运算，将运算所得到的结果转化成PWM波送到三相全桥IPU模块中，以驱动三个交流伺服电机，整个过程中TMS320F2812控制子系统主要完成速度环运算，F28M36负责机器人的位置环运算。整个Delta机器人驱控系统属于全闭环控制系统。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种Delta机器人驱控系统，包括主控制子系统、控制子系统和电源模块，所述主控制子系统实现机器人动力学运算和闭环控制，所述控制子系统实现对伺服电机的控制，所述主控制子系统和所述控制子系统之间进行双向数据协同传输，其特征在于：所述主控制子系统包含F28M36双核芯片，所述F28M36双核芯片包括负责外围电路监控的ARM处理器和负责机器人所有运算的DSP处理器，所述Delta机器人驱控系统采用EtherCAT总线方式连接所述F28M36双核芯片，用于实现上位主机与机器人子节点的高效通讯，所述电源模块用于提供向所述EtherCAT总线、所述主控制子系统和所述控制子系统供电的电压；
所述控制子系统包括处理器DSPTMS320F2812、IPU模块、电机模块、第一隔离型ADC和编码器，所述处理器DSPTMS320F2812通过所述IPU模块连接所述电机模块，所述编码器根据所述电机模块运动的情况将信息反馈给所述F28M36双核芯片，实现所述主控制子系统对所述Delta机器人驱控系统的监测以及根据所述电机模块的运动状态发出相应的指令；
所述Delta机器人驱控系统还包括数据采集模块、数据监控模块和运算模块，所述数据采集模块通过所述处理器DSPTMS320F2812采集数据信息，所述数据监控模块根据所述处理器DSPTMS320F2812采集的数据信息通过所述第一隔离型ADC对所述IPU模块进行监控，所述数据采集和/或数据监控包括对温度、电压、电流的监控，所述运算模块用于所述主控制子系统根据所述数据采集模块采集的数据向所述控制子系统发出控制指令，实现机器人动力学运算和闭环控制。
2.根据权利要求1所述的Delta机器人驱控系统，其特征在于：所述主控制子系统和所述控制子系统之间采用UART进行双向数据协同传输。
3.根据权利要求1所述的Delta机器人驱控系统，其特征在于：所述IPU模块内部集成逻辑、控制、检测和保护电路。
4.根据权利要求1所述的Delta机器人驱控系统，其特征在于：所述电源模块用于提供向所述EtherCAT总线和所述处理器DSPTMS320F2812供电的5V电压以及向所述IPU模块供电的直流310V电压。
5.根据权利要求1所述的Delta机器人驱控系统，其特征在于：所述主控制子系统还包括第二隔离型ADC，用于将所述F28M36双核芯片的模拟信号转化为数字信号。
6.根据权利要求1所述的Delta机器人驱控系统，其特征在于：所述Delta机器人驱控系统还包括显示模块、数据存储模块、串口模块和扩展IO模块，所述显示模块用于显示反映所述Delta机器人驱控系统状态的数据，所述数据存储模块用于存储数据和/或数据采集模块获取的各种参数，所述串口模块采用串行通信方式的扩展接口，方便Delta机器人驱控系统与外部设备相连接，所述扩展IO模块用于所述主控制子系统与所述数据存储模块的连接和/或外部设备的连接/数据交换，当所述外部设备对所述主控制子系统发出相应命令时，使所述Delta机器人驱动系统做出相应的动作。
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