CN108983691A - 印刷电路板、机器人、运动控制部件、系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种运动控制系统，包括有客户端、多个运动控制部件，客户端用于依据用户输入的参数产生运动部件启动数据；每个运动控制部件均包括有：CAN数据收发模块用于接收所述运动部件启动数据；数据解析模块用于解析运动部件启动数据，并产生一个运动部件启动脉冲；运动部件驱动模块用于依据运动部件启动脉冲驱动运动部件运动；数据解析模块包括：微控制器用于解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给CAN数据收发模块；CAN数据收发模块还用于将应答数据发送给客户端；可编程逻辑器件用于解析运动部件启动数据，得到校验数据后产生运动部件启动脉冲。本发明提供的运动控制系统的运动部件启动误差仅为纳秒级，同步启动效果好。

Description

印刷电路板、机器人、运动控制部件、系统和方法

技术领域

本发明涉及运动控制领域，具体涉及一种印刷电路板、一种机器人、一种运动控制部件、一种运动控制系统、一种运动控制方法。

背景技术

在运动控制领域，电机或电磁阀等运动部件通常是作为运动控制系统中的运动执行部件、实现各自的运动功能。

以电机为例，电机是机器人(例如机械臂)中的关键运动部件，机械臂(或者叫机械手)是工业领域最常用到的一种多轴机器人(或称为多关节机器人)，其主要是根据预定的路线从一个初始位置夹取目标物体到目标位置，适用于诸多工业领域的机械自动化作业。

现在市场上的多轴机器人主要包括四轴机器人(具有四个关节)和六轴机器人(具有六个关节)，他们均包括有基座、手臂和末端的物体夹持部，手臂上关节的多少决定了机器人的“轴”的数量，每一个关节都是由一个电机的转动来驱动、以实现关节的运动。

用户对机器人的控制是通过客户端实现的，客户端通常是安装有上位机的电脑，电脑通过CAN总线等线缆连接到机器人的运动控制部件(或称为控制器等)，运动控制部件控制电机的运动。

结合参考附图1，附图1示出了一种运动控制系统100，运动控制系统100包括有电脑101、机器人103、CAN数据线102，其中机器人103包括CAN数据收发模块(附图1中未示出)、微控制器(MCU)104、电机驱动模块105、电机106，电脑101通过CAN数据线102连接到机器人103的CAN数据收发模块，CAN数据收发模块再连接到微控制器104，微控制器104连接到电机驱动模块105，电机驱动模块105连接到电机106。

其中，电脑101主要实现人机交互的功能，用户可以通过电脑101设置机器人103的各项参数，例如机器人103的末端执行器的移动方位、时间、速度等，电脑101将用户设置的参数转换为CAN总线数据，并通过CAN总线102配置给机器人103。

CAN总线是一种标准总线，广泛应用于汽车电子、工业控制、运动控制等领域，CAN总线数据具有固定的格式，一般具有11位或29位(扩展型)，CAN数据线102可以是双绞线或同轴线等，结合参考附图2，附图2示出了CAN总线数据的基本格式，CAN总线数据包括有帧起始SF、仲裁场、控制场、数据场、校验场CRC、应答场ACK、帧结束。

电脑101与机器人103之间一般还设置有网关，网关用于实现电脑101和机器人103之间的协议转换，例如电脑101通过USB接口连接到网关，网关通过CAN数据线连接到机器人103，网关实现了USB和CAN之间的协议转换。

机器人103的CAN数据收发模块接收到电脑101通过CAN数据线102传输来的CAN总线数据，并将CAN总线数据进行电平转换，然后将电平转换后的数据传送给微处理器104。

微处理器104一般采用DSP芯片或ARM芯片等实现，将CAN数据收发模块传送来的CAN总线数据进行解析，微处理器104解析CAN总线数据时首先解析帧起始、然后解析仲裁场、然后解析控制场、然后解析数据场、然后生成校验数据(对应校验场)，校验数据正确后微处理器104需要生成应答数据(对应应答场)，并将应答数据通过CAN数据收发模块进行电平转换后发送给电脑101，一旦运动控制系统100包括有多个微处理器104时(例如一个四轴机器人可能有4个微处理器104，或者一条产线包括有多个机器人)，微处理器104需要分别返回应答数据给电脑101，一旦多个微处理器104都返回应答数据，微处理器104只有等到所有应答数据返回给电脑101后，电脑101才最终将帧结束数据发送给微处理器104，该微处理器104才能将解析得到的控制数据生成电机启动信号并发送给电机驱动模块105。

电机驱动模块105根据接收到的电机启动信号驱动电机106开始运动，运动控制系统100包括有多个机器人103时，多个机器人103同时开始同样的运动。

由于每个机器人103、甚至机器人103的每个关节需要有一套单独的运动控制部件(包括有CAN数据收发模块、微控制器104、电机驱动模块105等)，每个运动控制部件上需设置有一个时钟源，时钟源用于对微控制器104、电机驱动模块105等提供基准时钟，例如时钟源采用10MHz晶振实现。

上述运动控制系统存在如下问题：

1、由于微控制器104需要匹配CAN总线数据的速率，例如当电脑101采取1Mbps的波特率发送CAN总线数据时，微控制器104需要用1MHz的时钟同步CAN总线、接收CAN总线数据，此时多个独立的微控制器104之间的时钟的相位误差可达1us(微秒)，CAN总线的波特率降低时，该误差更大。

2、当微控制器104产生电机启动脉冲后发送给电机驱动模块105时，各个微控制器104由于时钟带来的误差也会产生us级的延时误差。

3、由于微控制器104均为串行数据处理，当电机启动数据的优先级不够高时，各个电机驱动模块105接收到的电机启动脉冲的误差进一步被拉大，可达到ms(毫秒)级。

除了机器人103上应用电机106、需要实现对电机106的同步控制，在很多生命科学仪器上会应用到电磁隔离阀，夹管阀，电磁隔膜泵等产品、需要实现对这类产品的同步控制，一旦采用CAN总线、多个同类部件的同步误差为us级，典型值为4us。

随着技术的发展，工业上对机器人的同步要求越来越高，4us的典型同步误差已经不能满足工业控制的需求，而CAN总线和微处理器的固有要求又使得现有的技术无法突破这一极限值，二者构成的这一矛盾很难解决。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种新的运动控制系统，本发明提供的运动控制系统从根本上解决了多个机器人之间的同步误差过大的问题，可以实现纳秒级的同步误差，大大提高了同步精度。

本发明提供的运动控制系统包括有客户端、多个运动控制部件，

所述客户端，用于依据用户输入的参数产生运动部件启动数据，并传输给所述运动控制部件；

所述每个运动控制部件均包括有CAN数据收发模块、数据解析模块、运动部件驱动模块；

所述CAN数据收发模块，用于接收所述运动部件启动数据，进行电平转换；

所述数据解析模块，用于解析所述运动部件启动数据，并根据所述运动部件启动数据产生一个运动部件启动脉冲；

所述运动部件驱动模块，用于依据所述运动部件启动脉冲，驱动运动部件运动；

所述数据解析模块包括一个微控制器、一个可编程逻辑器件，

所述微控制器，用于解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给所述CAN数据收发模块进行电平转换；

所述CAN数据收发模块，还用于将经过电平转换的应答数据发送给所述客户端；

所述可编程逻辑器件，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据后产生所述运动部件启动脉冲。

本发明所述的运动控制系统通过设置有客户端来实现人机交互，通过设置有CAN数据收发模块来实现CAN总线数据的电平转换，通过设置有微控制器来解析CAN总线数据、生成应答数据并返回给客户端，并通过可编程逻辑器件解析CAN总线数据时、在得到校验数据后直接产生运动部件启动脉冲，运动部件驱动模块依据运动部件启动脉冲来驱动运动部件运动；本发明的运动控制系统通过分别设置微控制器和可编程逻辑器件共同构成数据解析模块，数据解析模块在解析CAN总线数据时，微控制器用于产生应答数据、并反馈给客户端，而可编程逻辑器件不产生应答数据、直接根据校验数据的正确性来产生运动部件驱动脉冲，以启动运动部件。由于可编程逻辑器件的采样时钟可达几十MHz甚至几百MHz，可编程逻辑器件在同步CAN总线、接收CAN总线数据时、时钟的相位误差非常小，仅为ns(纳秒)级；当可编程逻辑器件产生电机启动脉冲后发送给电机驱动模块时，各个可编程逻辑器件的时钟误差也仅为ns级；由于FPGA是并行数据处理方式，不存在优先级的问题，可编程逻辑器件接收到电机启动数据后即可进行解码、并产生电机启动脉冲然后发送给电机驱动模块，因此不会产生ms级的同步误差。总之，本发明提供的运动控制系统突破了us级的同步误差，可实现ns级的同步误差，同步效果极佳。

由于本发明的多个运动控制部件同时启动时，每个微控制器分别解析CAN总线数据并应答即可，运动部件的启动不需要等待微控制器产生并反馈应答数据后才能产生，可编程逻辑器件在微控制器接收并解析CAN总线数据时可以同时解析CAN总线数据，且可以根据解析得到的校验数据直接生成运动部件启动脉冲，电机启动更快。

作为一种举例说明，本发明所述的运动控制系统中，所述可编程逻辑器件为FPGA型可编程逻辑芯片。

作为又一种举例说明，本发明所述的运动控制系统中，所述可编程逻辑器件包括：子数据解析器，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据；脉冲信号发生器，用于依据所述校验数据，产生所述运动部件启动脉冲。

作为又一种举例说明，本发明所述的运动控制系统中，所述运动控制系统还包括有时钟源，所述时钟源用于向所述微控制器和所述可编程逻辑器件提供基准时钟；所述可编程逻辑器件还包括有倍频模块，用于对所述基准时钟进行倍频，并将倍频后的时钟作为工作时钟。

作为又一种举例说明，本发明所述的运动控制系统中，所述运动部件为电机或电磁阀。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种印刷电路板，包括基板，在所述基板上设置有CAN数据收发模块、数据解析模块、运动部件驱动模块，

所述CAN数据收发模块，用于接收一运动部件启动数据，进行电平转换；

所述数据解析模块，用于解析所述运动部件启动数据，并根据所述运动部件启动数据产生一个运动部件启动脉冲；

所述运动部件驱动模块，用于依据所述运动部件启动脉冲，驱动运动部件运动；

所述数据解析模块包括一个微控制器、一个可编程逻辑器件，

所述微控制器，用于解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给所述CAN数据收发模块进行电平转换；

所述可编程逻辑器件，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据后产生所述运动部件启动脉冲。

本发明所述的印刷电路板包括有基板，通过在基板上设置有CAN数据收发模块来实现CAN总线数据的交互，通过设置有微控制器来解析CAN总线数据、生成应答数据并返回，并通过可编程逻辑器件解析CAN总线数据时、在得到校验数据后直接产生运动部件启动脉冲，运动部件驱动模块依据运动部件启动脉冲来驱动运动部件运动；本发明的印刷电路板通过分别设置微控制器和可编程逻辑器件共同构成数据解析模块，数据解析模块在解析CAN总线数据时，微控制器用于产生应答数据、并反馈给客户端，而可编程逻辑器件不产生应答数据、直接根据校验数据的正确性来产生运动部件驱动脉冲，以启动运动部件。由于可编程逻辑器件的采样时钟可达几十MHz甚至几百MHz，可编程逻辑器件在同步CAN总线、接收CAN总线数据时、时钟的相位误差非常小，仅为ns(纳秒)级；当可编程逻辑器件产生电机启动脉冲后发送给电机驱动模块时，各个可编程逻辑器件的时钟误差也仅为ns级；由于FPGA是并行数据处理方式，不存在优先级的问题，可编程逻辑器件接收到电机启动数据后即可进行解码、并产生电机启动脉冲然后发送给电机驱动模块，因此不会产生ms级的同步误差。总之，本发明提供的印刷电路板突破了us级的同步误差，可实现ns级的同步误差，同步效果极佳。

由于本发明的多个运动控制部件同时启动时，每个微控制器分别解析CAN总线数据并应答即可，运动部件的启动不需要等待微控制器产生并反馈应答数据后才能产生，可编程逻辑器件在微控制器接收并解析CAN总线数据时可以同时解析CAN总线数据，且可以根据解析得到的校验数据直接生成运动部件启动脉冲，电机启动更快。

作为一种举例说明，本发明所述的印刷电路板中，所述可编程逻辑器件为FPGA型可编程逻辑芯片。

作为又一种举例说明，本发明所述的印刷电路板中，所述可编程逻辑器件包括：子数据解析器，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据；脉冲信号发生器，用于依据所述校验数据，产生所述运动部件启动脉冲。

作为又一种举例说明，本发明所述的印刷电路板中，所述印刷电路板上还设置有时钟源，所述时钟源用于向所述微控制器和所述可编程逻辑器件提供基准时钟；所述可编程逻辑器件还包括有倍频模块，用于对所述基准时钟进行倍频，并将倍频后的时钟作为工作时钟。

作为又一种举例说明，本发明所述的印刷电路板中，所述运动部件为电机或电磁阀。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种运动控制部件，包括有CAN数据收发模块、数据解析模块、运动部件驱动模块，

所述CAN数据收发模块，用于接收一运动部件启动数据，进行电平转换；

所述数据解析模块，用于解析所述运动部件启动数据，并根据所述运动部件启动数据产生一个运动部件启动脉冲；

所述运动部件驱动模块，用于依据所述运动部件启动脉冲，驱动运动部件运动；

所述数据解析模块包括一个微控制器、一个可编程逻辑器件，

所述微控制器，用于解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给所述CAN数据收发模块进行电平转换；

所述可编程逻辑器件，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据后产生所述运动部件启动脉冲。

本发明所述的运动控制部件，通过设置有CAN数据收发模块来实现CAN总线数据的交互，通过设置有微控制器来解析CAN总线数据、生成应答数据并返回，并通过可编程逻辑器件解析CAN总线数据时、在得到校验数据后直接产生运动部件启动脉冲，运动部件驱动模块依据运动部件启动脉冲来驱动运动部件运动；本发明的运动控制部件通过分别设置微控制器和可编程逻辑器件共同构成数据解析模块，数据解析模块在解析CAN总线数据时，微控制器用于产生应答数据、并反馈给客户端，而可编程逻辑器件不产生应答数据、直接根据校验数据的正确性来产生运动部件驱动脉冲，以启动运动部件。由于可编程逻辑器件的采样时钟可达几十MHz甚至几百MHz，可编程逻辑器件在同步CAN总线、接收CAN总线数据时、时钟的相位误差非常小，仅为ns(纳秒)级；当可编程逻辑器件产生电机启动脉冲后发送给电机驱动模块时，各个可编程逻辑器件的时钟误差也仅为ns级；由于FPGA是并行数据处理方式，不存在优先级的问题，可编程逻辑器件接收到电机启动数据后即可进行解码、并产生电机启动脉冲然后发送给电机驱动模块，因此不会产生ms级的同步误差。总之，本发明提供的运动控制系统突破了us级的同步误差，可实现ns级的同步误差，同步效果极佳。

由于本发明的多个运动控制部件同时启动时，每个微控制器分别解析CAN总线数据并应答即可，运动部件的启动不需要等待微控制器产生并反馈应答数据后才能产生，可编程逻辑器件在微控制器接收并解析CAN总线数据时可以同时解析CAN总线数据，且可以根据解析得到的校验数据直接生成运动部件启动脉冲，电机启动更快。

作为一种举例说明，本发明所述的运动控制部件中，所述可编程逻辑器件为FPGA型可编程逻辑芯片。

作为又一种举例说明，本发明所述的运动控制部件中，所述可编程逻辑器件包括：子数据解析器，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据；脉冲信号发生器，用于依据所述校验数据，产生所述运动部件启动脉冲。

作为又一种举例说明，本发明所述的运动控制部件中，所述运动控制部件还包括有时钟源，所述时钟源用于向所述微控制器和所述可编程逻辑器件提供基准时钟；所述可编程逻辑器件还包括有倍频模块，用于对所述基准时钟进行倍频，并将倍频后的时钟作为工作时钟。

作为又一种举例说明，本发明所述的运动控制部件中，所述运动部件为电机或电磁阀。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种机器人，机器人包括有运动控制部件，运动控制部件包括有CAN数据收发模块、数据解析模块、运动部件驱动模块，

所述CAN数据收发模块，用于接收一运动部件启动数据，进行电平转换；

所述数据解析模块，用于解析所述运动部件启动数据，并根据所述运动部件启动数据产生一个运动部件启动脉冲；

所述运动部件驱动模块，用于依据所述运动部件启动脉冲，驱动运动部件运动；

所述数据解析模块包括一个微控制器、一个可编程逻辑器件，

所述微控制器，用于解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给所述CAN数据收发模块进行电平转换；

所述可编程逻辑器件，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据后产生所述运动部件启动脉冲。

本发明所述的机器人，通过设置有CAN数据收发模块来实现CAN总线数据的交互，通过设置有微控制器来解析CAN总线数据、生成应答数据并返回，并通过可编程逻辑器件解析CAN总线数据时、在得到校验数据后直接产生运动部件启动脉冲，运动部件驱动模块依据运动部件启动脉冲来驱动运动部件运动；本发明的机器人通过分别设置微控制器和可编程逻辑器件共同构成数据解析模块，数据解析模块在解析CAN总线数据时，微控制器用于产生应答数据、并反馈给客户端，而可编程逻辑器件不产生应答数据、直接根据校验数据的正确性来产生运动部件驱动脉冲，以启动运动部件。由于可编程逻辑器件的采样时钟可达几十MHz甚至几百MHz，可编程逻辑器件在同步CAN总线、接收CAN总线数据时、时钟的相位误差非常小，仅为ns(纳秒)级；当可编程逻辑器件产生电机启动脉冲后发送给电机驱动模块时，各个可编程逻辑器件的时钟误差也仅为ns级；由于FPGA是并行数据处理方式，不存在优先级的问题，可编程逻辑器件接收到电机启动数据后即可进行解码、并产生电机启动脉冲然后发送给电机驱动模块，因此不会产生ms级的同步误差。总之，本发明提供的运动控制系统突破了us级的同步误差，可实现ns级的同步误差，同步效果极佳。

由于本发明的多个运动控制部件同时启动时，每个微控制器分别解析CAN总线数据并应答即可，运动部件的启动不需要等待微控制器产生并反馈应答数据后才能产生，可编程逻辑器件在微控制器接收并解析CAN总线数据时可以同时解析CAN总线数据，且可以根据解析得到的校验数据直接生成运动部件启动脉冲，电机启动更快。

作为一种举例说明，本发明所述的机器人中，所述可编程逻辑器件为FPGA型可编程逻辑芯片。

作为又一种举例说明，本发明所述的机器人中，所述可编程逻辑器件包括：子数据解析器，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据；脉冲信号发生器，用于依据所述校验数据，产生所述运动部件启动脉冲。

作为又一种举例说明，本发明所述的机器人中，所述运动控制部件还包括有时钟源，所述时钟源用于向所述微控制器和所述可编程逻辑器件提供基准时钟；所述可编程逻辑器件还包括有倍频模块，用于对所述基准时钟进行倍频，并将倍频后的时钟作为工作时钟。

作为又一种举例说明，本发明所述的机器人中，所述运动部件为电机或电磁阀。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种运动控制方法，应用于本发明所述的运动控制系统，包括有如下步骤：

所述客户端依据用户输入的参数产生运动部件启动数据，并传输给所述CAN数据收发模块；

所述CAN数据收发模块接收所述运动部件启动数据，进行电平转换后传输给所述微控制器和所述可编程逻辑器件；

所述微控制器解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给所述CAN数据收发模块进行电平转换，所述可编程逻辑器件同步解析所述运动部件启动数据、并在得到校验数据后产生所述运动部件启动脉冲；

所述CAN数据收发模块将电平转换后的应答数据传输给所述客户端；

所述运动部件驱动模块依据所述运动部件启动脉冲，驱动运动部件运动。

本发明所述的运动控制方法通过客户端依据用户输入的参数产生运动部件启动数据，通过设置有CAN数据收发模块来实现CAN总线数据的交互，通过设置有微控制器来解析CAN总线数据、生成应答数据并返回，并通过可编程逻辑器件解析CAN总线数据时、在得到校验数据后直接产生运动部件启动脉冲，运动部件驱动模块依据运动部件启动脉冲来驱动运动部件运动；本发明的方法通过分别设置微控制器和可编程逻辑器件共同构成数据解析模块，数据解析模块在解析CAN总线数据时，微控制器用于产生应答数据、并反馈给客户端，而可编程逻辑器件不产生应答数据、直接根据校验数据的正确性来产生运动部件驱动脉冲，以启动运动部件。由于可编程逻辑器件的采样时钟可达几十MHz甚至几百MHz，可编程逻辑器件在同步CAN总线、接收CAN总线数据时、时钟的相位误差非常小，仅为ns(纳秒)级；当可编程逻辑器件产生电机启动脉冲后发送给电机驱动模块时，各个可编程逻辑器件的时钟误差也仅为ns级；由于FPGA是并行数据处理方式，不存在优先级的问题，可编程逻辑器件接收到电机启动数据后即可进行解码、并产生电机启动脉冲然后发送给电机驱动模块，因此不会产生ms级的同步误差。总之，本发明提供的运动控制系统突破了us级的同步误差，可实现ns级的同步误差，同步效果极佳。

由于本发明的多个运动控制部件同时启动时，每个微控制器分别解析CAN总线数据并应答即可，运动部件的启动不需要等待微控制器产生并反馈应答数据后才能产生，可编程逻辑器件在微控制器接收并解析CAN总线数据时可以同时解析CAN总线数据，且可以根据解析得到的校验数据直接生成运动部件启动脉冲，电机启动更快。

本发明提供的印刷电路板、运动控制部件、机器人、运动控制系统、运动控制方法通过设置微控制器和可编程逻辑芯片的双解析方案，实现对CAN总线数据的双解析，微控制器可以产生应答数据、完成CAN总线协议的要求，可编程逻辑芯片可以在得到校验数据后直接生成运动部件启动数据，使得多个运动部件和/或系统的同步误差突破了us级的误差限制，可以达到纳秒级的同步误差效果，同步效果极好。

附图说明

图1是本发明的背景技术中运动控制系统100的原理框图；

图2是本发明的CAN总线数据的格式示意图；

图3是本发明的实施例中运动控制系统200的原理框图；

图4是本发明的实施例中运动控制系统200的又一原理框图；

图5是本发明的实施例中运动控制方法300的流程图。

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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

结合参考附图3和附图4，附图3和附图4示出了一种新的运动控制系统200，运动控制系统200包括有电脑201、CAN数据线202、机器人203，机器人203包括有微控制器204、电机驱动模块205、电机206、可编程逻辑器件207、时钟源208，其中微控制器204、可编程逻辑器件207和时钟源208等可以共同设计在一个印刷电路板上、并构成运动控制部件。电脑201通过CAN数据线202与机器人203中的CAN数据收发模块209连接，CAN数据收发模块209再与微控制器204和可编程逻辑器件207连接，可编程逻辑器件207的输出端与电机驱动模块205连接，电机驱动模块205直接与电机206连接。

电脑201作为客户端，实现运动控制系统200和人的交互，用户通过电脑201设置运动控制系统200的参数，并生成对应的CAN总线数据，比如电机启动数据。

CAN数据线202可以是各种现有的CAN总线形式，其一般只需要两根数据线即可实现电脑201和机器人203之间的连接。在CAN数据线202和电脑201之间一般还设置有网关，例如USB-CAN网关，可以实现电脑201和CAN总线之间的协议转换。

运动控制系统200可以仅包括有一个机器人203，也可以包括有多个机器人203，例如在一条生产电子产品的产线上可以同时布设有8个或更多机器人，每个机器人203一般还包括有多个电机206，每个电机206可以用来驱动一个关节(或称为“轴”)，例如通常意义上的6轴机器人就包括有6个关节，每个关机均需要至少一个电机206来驱动。

机器人203为多关节机器人时，每个关节的电机206可能单独设置有一个运动控制部件来驱动电机206，也可能每个机器人或多个机器人公用一个运动控制部件来驱动多个电机206，这可以根据运动控制部件驱动电机的能力进行设计。

机器人203上设置有CAN数据收发模块209，CAN数据线202与CAN数据收发模块209直接连接，CAN数据线202将电机启动数据传送给CAN数据收发模块209，然后CAN数据收发模块209再将接收到的电机启动数据进行电平转换，转换为符合微控制器204和可编程逻辑器件207等预算的数据，并通过广播的形式向所有与其连接的微控制器204和可编程逻辑器件207发送经电平转换后的电机启动数据。

微控制器204可以是由DSP芯片实现，微控制器204从CAN数据收发模块209发送的数据中接收电机启动数据并解析，请参考附图2，CAN总线数据的格式包括有帧起始SF、仲裁场、控制场、数据场、校验场CRC、应答场ACK、帧结束等，根据CAN总线协议的要求，微控制器204在解析到校验场的校验数据后、需要产生对应的应答数据(对应应答场)，并将应答数据发送给CAN数据收发模块209进行电平转换、再发送给电脑201，电脑201接收到应答数据后再次发送帧结尾数据，之后微控制器204才能对解析得到的电机识别符和启动数据进行后续处理。

可编程逻辑器件207与微控制器204一样从CAN数据收发模块209发送的数据中接收电机启动数据并解析，与微控制器204不同的是，可编程逻辑器件207在解析得到校验位数据后不需要产生应答数据并返回给CAN数据收发模块209，而是可以直接产生电机启动脉冲、以驱动电机运动。

电机驱动模块205一般是由电机驱动芯片实现，可以将可编程逻辑器件207产生的电机启动脉冲转换为驱动信号、驱动电机206启动。

当运动控制系统200需要同时启动多个电机206时，用户通过电脑201配置启动参数，电脑201将用户配置的启动参数通过网关转换为CAN总线数据格式的电机启动数据，并通过CAN数据线202向CAN数据收发模块209发送该电机启动数据，CAN数据收发模块209接收到电机启动数据并进行电平转换后将数据向所有与其连接的微控制器204和可编程逻辑器件207进行广播发送，微控制器204接收到电机启动数据后进行解析、当解析到校验数据后生成应答数据，并将应答数据通过CAN数据收发模块209返回给电脑201，而可编程逻辑器件207接收到电机启动数据后也进行解析、当解析得到校验数据后直接生成一个电机启动脉冲，并将该电机启动脉冲发送给电机驱动模块205，电机驱动模块205根据该电机启动脉冲驱动电机206开始运动，即可实现多个电机206的同步启动。

本发明的运动控制系统200中，由于可编程逻辑器件207的采样时钟可达几十MHz甚至几百MHz，可编程逻辑器件207在同步CAN总线、接收CAN总线数据时、时钟的相位误差非常小，仅为ns(纳秒)级；当可编程逻辑器件207产生电机启动脉冲后发送给电机驱动模块205时，各个可编程逻辑器件的时钟误差也仅为ns级；由于可编程逻辑器件207是并行数据处理方式，不存在优先级的问题，可编程逻辑器件207接收到电机启动数据后即可进行解码、并产生电机启动脉冲然后发送给电机驱动模块205，因此不会产生ms级的同步误差。总之，本发明提供的运动控制系统200突破了us级的同步误差，可实现ns级的同步误差，同步效果极佳。

由于本发明的多个运动控制部件200同时启动时，每个微控制器204分别解析CAN总线数据并应答即可，运动部件(电机206)的启动不需要等待微控制器204产生并反馈应答数据后才能产生，可编程逻辑器件207在微控制器204接收并解析CAN总线数据时可以同时解析CAN总线数据，且可以根据解析得到的校验数据直接生成运动部件启动脉冲，电机206启动更快。

在本实施例中，客户端是由电脑201实现，用户可以通过电脑201进行人机交互、设置参数等。

作为一种变形，客户端也可以采用服务器实现，还可以采用虚拟机实现，等等。

作为又一种变形，客户端也可以采用集成有电脑、网关等模块的工业控制台实现。

在本实施例中，运动控制系统200是一种机器人系统，可以包括有一个机器人，也可以包括有多个机器人，机器人通过电机206带动实现运动。

作为一种变形，运动控制系统200还可以是流体控制系统，流体控制系统通过电磁阀(例如电磁隔离阀、夹管阀、电磁隔膜泵等)实现流体控制。

此时，运动部件为电磁阀，运动部件驱动模块为电磁阀驱动模块，运动部件启动数据位电磁阀启动数据，运动部件启动脉冲为电磁阀启动脉冲，用户可以通过电脑201实现对电磁阀的开合的控制，以实现对经过电磁阀的流体的控制。

在本实施例中，微控制器204是由DSP芯片实现。

作为一种变形，微控制器204还可以由ARM芯片实现，还可以由51单片机等实现。

作为一种举例说明，可编程逻辑器件207采用FPGA型可编程逻辑芯片实现。

作为一种变形，可编程逻辑器件207还可以采用CPLD型可编程逻辑芯片实现，还可以采用内嵌有ARM内核和FPGA内核的综合芯片实现，等等。

在本实施例中，所述可编程逻辑器件207包括：子数据解析器，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据；脉冲信号发生器，用于依据所述校验数据，产生所述运动部件启动脉冲。

作为一种变形，所述可编程逻辑器件207还可以采用DDS实现根据电机启动数据产生电机启动脉冲。

作为一种举例说明，本发明所述的运动控制系统200还包括有时钟源208，时钟源208可以向微控制器204和可编程逻辑器件207提供基准时钟，例如采用10MHz的晶振实现。由于可编程逻辑器件207的工作频率很高，可以达到几百MHz甚至GHz，因此可编程逻辑器件207还包括有倍频模块，将时钟源208产生的基准时钟进行倍频后作为可编程逻辑器件207的工作时钟。

作为说明，当机器人203的每一个电机206均包括有一个独立的运动控制部件时，每个运动控制部件可以包括有独立的时钟源208；当机器人203的多个电机206共同采用一个运动控制部件时，运动控制部件可以仅采用一个时钟源208作为基准时钟；当多个机器人203采用一个运动控制部件时，运动控制部件可以仅采用一个时钟源208作为基准时钟。

在本实施例中，CAN数据收发模块209、微控制器204、可编程逻辑器件207、时钟源208等可以设置在同一个印刷电路板的基板上，并作为机器人203的一部分。

作为一种变形，CAN数据收发模块209、微控制器204、可编程逻辑器件207、时钟源208和电机驱动模块205可以设置在同一个印刷电路板的基板上，并作为机器人203的一部分。

作为又一种变形，CAN数据收发模块209、微控制器204、可编程逻辑器件207、时钟源208和电机驱动模块205等可以设置在不同的印刷电路板上，作为机器人203的一部分。

作为一种举例说明，CAN数据收发模块209、微控制器204、可编程逻辑器件207、时钟源208等可以设置在一个印刷电路板的基板上，该印刷电路板可以直接与外部的电脑和电机等连接，实现对电机等的驱动和调试等功能。

作为又一种举例说明，CAN数据收发模块209、微控制器204、可编程逻辑器件207、时钟源208、电机驱动模块205等可以设置在一个印刷电路板的基板上，该印刷电路板可以直接与外部的电脑和电机等连接，实现对电机等的驱动和调试等功能。

作为又一举例说明，CAN数据收发模块209、微控制器204、可编程逻辑器件207、时钟源208等可以设置在一个印刷电路板上，再包覆有外壳等部件、以构成一个运动控制部件，该运动控制部件可以直接与外部的电脑和电机等连接，实现对电机等的驱动和调试等功能。

作为又一举例说明，CAN数据收发模块209、微控制器204、可编程逻辑器件207、时钟源208、电机驱动模块205等可以设置在一个印刷电路板上，再包覆有外壳等部件、以构成一个运动控制部件，该运动控制部件可以直接与外部的电脑和电机等连接，实现对电机等的驱动和调试等功能。

作为又一举例说明，所述运动控制部件可以安装在机器人上，作为机器人的一部分来驱动机器人上的电机运动。

作为又一举例说明，所述运动控制部件可以安装在流体控制系统中，例如液相色谱仪中，作为流体出入的阀门控制部件。

作为又一个实施例，本发明还提供了一种运动控制方法300，所述运动控制方法300应用到本发明所述的运动控制系统200中，包括有步骤：

步骤301：所述客户端依据用户输入的参数产生运动部件启动数据，并传输给所述CAN数据收发模块；

步骤302：所述CAN数据收发模块接收所述运动部件启动数据，进行电平转换后传输给所述微控制器和所述可编程逻辑器件；

步骤303：所述微控制器解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给所述CAN数据收发模块，所述可编程逻辑器件同步解析所述运动部件启动数据、并在得到校验数据后产生所述运动部件启动脉冲；

步骤304：所述CAN数据收发模块接收到所述应答数据后、将电平转换后的应答数据传输给所述客户端；

步骤305：所述运动部件驱动模块依据所述运动部件启动脉冲，驱动运动部件运动。

其中，步骤301是人机交互的步骤，用户通过客户端(如电脑201)输入控制参数，并将参数通过网关等转换为CAN总线格式的运动部件(如电机206)启动数据，实现人机交互。

步骤302是将运动部件启动数据传输给CAN数据收发模块209，然后CAN数据收发模块209进行电平转换后、再通过广播的形式向所有的微控制器204和可编程逻辑器件207进行发送。

步骤303是微控制器204正常解析运动部件启动数据，CAN总线数据的格式包括有帧起始SF、仲裁场、控制场、数据场、校验场CRC、应答场ACK、帧结束等，根据CAN总线协议的要求，微控制器204在解析到校验场的校验数据后、需要产生对应的应答数据(对应应答场)，并将应答数据发送给CAN数据收发模块209进行电平转换、再发送给电脑201，，电脑201接收到应答数据后再次发送帧结尾数据，之后微控制器204才能对解析得到的电机识别符和启动数据进行后续处理。

同时，可编程逻辑器件207与微控制器204一样从CAN数据收发模块209发送的数据中接收运动部件启动数据并解析，与微控制器204不同的是，可编程逻辑器件207在解析得到校验位数据后不需要产生应答数据并返回给CAN数据收发模块209，而是可以直接产生运动部件启动脉冲、以驱动运动部件运动。

步骤304是CAN数据收发模块209接收到微控制器204发送来的应答数据进行电平转换后传输给客户端，实现CAN总线协议的数据传输要求。

步骤305是运动部件驱动模块(例如电机驱动模块205)根据启动脉冲驱动运动部件(例如电机206)开始运动，实现运动部件的同步启动。

本发明提供的印刷电路板、运动控制部件、机器人、运动控制系统、运动控制方法通过设置有微控制器204和可编程逻辑器件207的双解析方案，当用户通过电脑201(客户端)设置运动控制系统的各项参数后，通过CAN数据线202向CAN数据收发模块209发送运动部件启动数据，CAN数据收发模块209再向微控制器204和可编程逻辑器件207发送接收到的运动部件启动数据，微控制器204实现对CAN总线数据的解析，并在解析到校验数据后产生应答数据，将应答数据通过CAN数据收发模块209、再发送给电脑201(客户端)，完成CAN总线协议的基本要求；而可编程逻辑器件207也同时实现对CAN总线数据的解析，在解析到校验数据后生成运动部件启动脉冲、而不是生成应答数据，实现对运动部件的启动。

由于本发明的可编程逻辑器件207的采样时钟可达几十MHz甚至几百MHz，可编程逻辑器件207在同步CAN总线、接收CAN总线数据时、时钟的相位误差非常小，仅为ns(纳秒)级；当可编程逻辑器件207产生电机启动脉冲后发送给电机驱动模块205时，各个可编程逻辑器件的时钟误差也仅为ns级；由于可编程逻辑器件207是并行数据处理方式，不存在优先级的问题，可编程逻辑器件207接收到电机启动数据后即可进行解码、并产生电机启动脉冲然后发送给电机驱动模块205，因此不会产生ms级的同步误差。总之，本发明提供的运动控制系统200突破了us级的同步误差，可实现ns级的同步误差，同步效果极佳，解决了背景技术中的3个问题。

由于本发明的多个运动控制部件200同时启动时，每个微控制器204分别解析CAN总线数据并应答即可，运动部件(电机206)的启动不需要等待微控制器204产生并反馈应答数据后才能产生，可编程逻辑器件207在微控制器204接收并解析CAN总线数据时可以同时解析CAN总线数据，且可以根据解析得到的校验数据直接生成运动部件启动脉冲，电机206启动更快。

以上所述的仅为本发明的具体实施例，所应理解的是，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，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种印刷电路板，包括基板，在所述基板上设置有CAN数据收发模块、数据解析模块、运动部件驱动模块，

所述CAN数据收发模块，用于接收一运动部件启动数据，进行电平转换；

所述数据解析模块，用于解析所述运动部件启动数据，并根据所述运动部件启动数据产生一个运动部件启动脉冲；

所述运动部件驱动模块，用于依据所述运动部件启动脉冲，驱动运动部件运动；

其特征在于：

所述数据解析模块包括一个微控制器、一个可编程逻辑器件，

所述微控制器，用于解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给所述CAN数据收发模块进行电平转换；

所述可编程逻辑器件，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据后产生所述运动部件启动脉冲。

2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于：

所述可编程逻辑器件为FPGA型可编程逻辑芯片。

3.根据权利要求1或2所述的印刷电路板，其特征在于：

所述可编程逻辑器件包括：

子数据解析器，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据；

脉冲信号发生器，用于依据所述校验数据，产生所述运动部件启动脉冲。

4.根据权利要求3所述的印刷电路板，其特征在于：

所述印刷电路板上还设置有时钟源，所述时钟源用于向所述微控制器和所述可编程逻辑器件提供基准时钟；

所述可编程逻辑器件还包括有倍频模块，用于对所述基准时钟进行倍频，并将倍频后的时钟作为工作时钟。

5.根据权利要求1或2所述的印刷电路板，其特征在于：所述运动部件为电机或电磁阀。

6.一种运动控制部件，包括有CAN数据收发模块、数据解析模块、运动部件驱动模块，

所述CAN数据收发模块，用于接收一运动部件启动数据，进行电平转换；

所述数据解析模块，用于解析所述运动部件启动数据，并根据所述运动部件启动数据产生一个运动部件启动脉冲；

所述运动部件驱动模块，用于依据所述运动部件启动脉冲，驱动运动部件运动；

其特征在于：

所述数据解析模块包括一个微控制器、一个可编程逻辑器件，

所述微控制器，用于解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给所述CAN数据收发模块进行电平转换；

所述可编程逻辑器件，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据后产生所述运动部件启动脉冲。

7.根据权利要求6所述的运动控制部件，其特征在于：

所述可编程逻辑器件为FPGA型可编程逻辑芯片。

8.根据权利要求6或7所述的运动控制部件，其特征在于：

所述可编程逻辑器件包括：

子数据解析器，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据；

脉冲信号发生器，用于依据所述校验数据，产生所述运动部件启动脉冲。

9.根据权利要求8所述的运动控制部件，其特征在于：

所述运动控制部件还包括有时钟源，所述时钟源用于向所述微控制器和所述可编程逻辑器件提供基准时钟；

所述可编程逻辑器件还包括有倍频模块，用于对所述基准时钟进行倍频，并将倍频后的时钟作为工作时钟。

10.根据权利要求6或7所述的运动控制部件，其特征在于：所述运动部件为电机或电磁阀。

11.一种机器人，其特征在于：

包括有如权利要求6-10所述的任一运动控制部件。

12.一种运动控制系统，包括有客户端、多个运动控制部件，

所述客户端，用于依据用户输入的参数产生运动部件启动数据，并传输给所述运动控制部件；

所述每个运动控制部件均包括有CAN数据收发模块、数据解析模块、运动部件驱动模块；

所述CAN数据收发模块，用于接收所述运动部件启动数据，进行电平转换；

所述数据解析模块，用于解析所述运动部件启动数据，并根据所述运动部件启动数据产生一个运动部件启动脉冲；

所述运动部件驱动模块，用于依据所述运动部件启动脉冲，驱动运动部件运动；

其特征在于：

所述数据解析模块包括一个微控制器、一个可编程逻辑器件，

所述微控制器，用于解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给所述CAN数据收发模块进行电平转换；

所述CAN数据收发模块，还用于将经过电平转换的应答数据发送给所述客户端；

所述可编程逻辑器件，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据后产生所述运动部件启动脉冲。

13.根据权利要求12所述的运动控制系统，其特征在于：

所述可编程逻辑器件为FPGA型可编程逻辑芯片。

14.根据权利要求12或13所述的运动控制系统，其特征在于：

所述可编程逻辑器件包括：

子数据解析器，用于解析所述运动部件启动数据，得到校验数据；

脉冲信号发生器，用于依据所述校验数据，产生所述运动部件启动脉冲。

15.根据权利要求14所述的运动控制系统，其特征在于：

所述运动控制系统还包括有时钟源，所述时钟源用于向所述微控制器和所述可编程逻辑器件提供基准时钟；

所述可编程逻辑器件还包括有倍频模块，用于对所述基准时钟进行倍频，并将倍频后的时钟作为工作时钟。

16.根据权利要求12或13所述的运动控制系统，其特征在于：所述运动部件为电机或电磁阀。

17.一种运动控制方法，应用于如权利要求12所述的运动控制系统，其特征在于包括有如下步骤：

所述客户端依据用户输入的参数产生运动部件启动数据，并传输给所述CAN数据收发模块；

所述CAN数据收发模块接收所述运动部件启动数据，进行电平转换后传输给所述微控制器和所述可编程逻辑器件；

所述微控制器解析所述运动部件启动数据，产生应答数据并发送给所述CAN数据收发模块进行电平转换，所述可编程逻辑器件同步解析所述运动部件启动数据、并在得到校验数据后产生所述运动部件启动脉冲；

所述CAN数据收发模块将电平转换后的应答数据传输给所述客户端；

所述运动部件驱动模块依据所述运动部件启动脉冲，驱动运动部件运动。