CN109496283A - 一种机器人控制器及机器人 - Google Patents

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Abstract

一种机器人控制器(10)包括存储器(11)、第一接口(12)、现场可编程门阵列FPGA(132)以及处理芯片(131)；处理芯片(131)与FPGA(132)集成，处理芯片(131)包括系统运算单元(1311)以及运动控制运算单元(1312)；存储器(11)、第一接口(12)以及FPGA(132)通过总线(14)相连；第一接口(12)用于与机器人的驱动机构相连；存储器(11)中存储有机器人控制系统以及运动控制程序；系统运算单元(1311)用于调用并执行机器人控制系统，以生成相应的控制命令，并将所述控制命令传输给所述运动控制运算单元(1312)；运动控制运算单元(1312)用于调用并执行运动控制程序，以根据接收的控制命令生成相应的控制指令，并根据所述控制指令控制机器人运动。通过上述方式，能够提高系统集成度、可靠性，简化系统复杂度以及降低系统成本。还公开了一种机器人。

Description

一种机器人控制器及机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种机器人控制器及机器人。
背景技术
随着工业4.0概念的提出，世界上主要工业国家的制造业发展有了较一致的发展目标，将制造业从现有的以人为主的生产模式向以智能设备为主的智能制造演进。在这一更新升级浪潮中，工业机器人作为智能生产设备扮演着主要角色，而作为工业机器人系统中必不可少的控制系统也引来发展的契机。
而目前市场上的主流的机器人控制器大多采用工控机和运动控制卡或主控背板和运动控制卡的分离方案，这种方案中的硬件部分分为两个模块，每个模块都需要专人设计，开发环境也都不一样。因此，机器人控制器的开发难度较大、开发周期较长、复杂度较高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种机器人控制器及机器人，能够提高系统集成度、可靠性，简化系统复杂度，以及降低系统成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种机器人控制器，机器人控制器包括：存储器、第一接口、现场可编程门阵列FPGA以及处理芯片，处理芯片与FPGA集成，处理芯片包括系统运算单元以及运动控制运算单元，存储器、第一接口以及FPGA通过总线相连；第一接口用于与机器人的驱动机构相连；存储器中存储有机器人控制系统以及运动控制程序；系统运算单元用于调用并执行机器人控制系统，以生成相应的控制命令，并将控制命令传输给运动控制运算单元；运动控制运算单元用于调用并执行运动控制程序，以根据接收的控制命令生成相应的控制指令，并将控制指令通过第一接口发送给机器人的驱动机构，以驱动机器人运动。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种机器人，包括机器人控制器，机器人本体以及安装在机器人本体上的驱动机构，机器人控制器包括存储器、第一接口、现场可编程门阵列FPGA以及处理芯片，处理芯片与FPGA集成，处理芯片包括系统运算单元以及运动控制运算单元，存储器、第一接口以及FPGA通过总线相连；第一接口用于与机器人的驱动机构相连；存储器中存储有机器人控制系统以及运动控制程序；系统运算单元用于调用并执行机器人控制系统，以生成相应的控制命令，并将控制命令传输给运动控制运算单元；运动控制运算单元用于调用并执行运动控制程序，以根据接收的控制命令生成相应的控制指令，并将控制指令通过第一接口发送给机器人的驱动机构，以驱动机器人运动。
以上方案，机器人控制器包括存储器、第一接口、现场可编辑门阵列以及处理芯片，处理芯片与FPGA集成，处理芯片包括系统运算单元以及运动控制运算单元，其中存储器、第一接口以及FPGA通过总线相连，第一接口用于与机器人的驱动机构相连，存储器中存储有机器人控制系统以及运动控制程序，系统运算单元用于调用并执行机器人控制系统，以生成相应的控制命令，并将控制命令传输给运动控制运算单元，运动控制运算单元用于调用并执行运动控制程序，以根据接收的控制命令生成相应的控制指令，并将控制指令通过第一接口发送给机器人的驱动机构，以驱动机器人运动，实现了系统的高集成度和可靠性，简化了系统的复杂度，且降低了系统成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明机器人控制器一实施方式的结构示意图；
图2是本发明机器人控制器另一实施方式的结构示意图；
图3是本发明机器人一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
请参阅图1，图1是本发明机器人控制器一实施方式的结构示意图。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施方式中，该机器人控制器10包括存储器11、第一接口12、集成芯片13以及总线14。其中，存储器11、第一接口12、集成芯片13均通过总线14相连。
具体地，集成芯片13上集成了处理芯片131以及现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammable Gate Array)132。其中，处理芯片131包括系统运算单元1311以及运动控制运算单元1312。
具体地，第一接口12还用于与机器人的驱动机构相连；存储器11中存储有机器人控制系统以及运动控制程序；系统运算单元1311用于调用并执行机器人控制系统，以生成相应的控制命令，并将控制命令传输给所述运动控制运算单元1312；运动控制运算单元1312用于调用并执行运动控制程序，以根据接收的控制命令生成相应的控制指令，并将控制指令通过第一接口12发送给机器人的驱动机构，以驱动机器人运动。
其中，FPGA 132还用于通过逻辑电路实现实时算法，以修改运动控制运算单元1312的优先级，从而保证机器人运动控制的实时性。系统运算单元1311与运动控制运算单元1312通过处理芯片131内的总线相互连接。
其中，系统运算单元1311和运动控制运算单元1312均为一种微处理器，其中系统运算单元1311可以ARM处理器，运动控制运算单元1312为ARM处理器或DSP处理器。
另外，存储器11、第一接口12以及集成芯片13集成在一块PCB(Printed CircuitBoard，印制电路板)板上。其中，集成芯片13包括处理芯片131以及FPGA 132。
进一步地，本实施方式中的机器人控制器还包括输入装置和显示装置。请参阅图2，图2是本发明机器人控制器另一实施方式的结构示意图。图2中的机器人控制器除了包括上述的存储器11、第一接口12、集成芯片13以及总线14，还包括第二接口21、输入装置22和显示装置23。其中，输入装置22和显示装置23分别与第二接口21相连接。
其中，输入装置22用于接收用户的命令，并将用户的命令传输给机器人控制系统，以使得机器人控制系统根据用户的命令生成相应的控制命令。显示装置23用于显示机器人控制系统的操作界面。
可选地，输入装置22和显示装置23可以集成为同一个装置。具体地，输入装置22和显示装置23可以是一触控屏幕。
具体地，第一接口12是现场总线接口，机器人控制器与机器人的驱动机构通过现场总线通信连接。
具体地，存储器11中还存储有操作系统程序，系统运算单元1311还用于执行操作系统程序。操作系统负责管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本任务。
另外，机器人控制器10还包括与存储器11、第一接口12以及集成芯片13相匹配的外围电路，图中未示出。
其中，机器人控制器10可以是由定制主控制板构成，主控制板上可以使用多核的X86平台CPU，也可以使用多核的ARM平台CPU，其上加载的操作系统可以是DOS、Windows、Linux等系统中的至少一种，在操作系统上还可以根据需求设计人机交互界面。
本实施方式中，机器人控制器包括存储器、第一接口、现场可编辑门阵列以及处理芯片，处理芯片与FPGA集成，处理芯片包括系统运算单元以及运动控制运算单元，其中存储器、第一接口以及FPGA通过总线相连，第一接口用于与机器人的驱动机构相连，存储器中存储有机器人控制系统以及运动控制程序，存储器中存储有机器人控制系统以及运动控制程序，系统运算单元用于调用并执行机器人控制系统，以生成相应的控制命令，并将控制命令传输给运动控制运算单元，运动控制运算单元用于调用并执行运动控制程序，以根据接收的控制命令生成相应的控制指令，并将控制指令通过第一接口发送给机器人的驱动机构，以驱动机器人运动，实现了系统的高集成度和可靠性，简化了系统的复杂度，且降低了系统成本。
请参阅图3，图3是本发明机器人一实施方式的结构示意图。本实施方式中，该机器人包括机器人控制器31、机器人本体32以及安装在机器人本体32上的驱动机构321。其中，控制器31包括存储器311、第一接口312、集成芯片313以及总线314、第二接口315、输入装置316以及显示装置317。其中，存储器311、第一接口312、集成芯片313、第二接口315均通过总线314相连。输入装置316和显示装置317分别与第二接口315相连。
具体地，集成芯片313上集成了处理芯片3131以及现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammable Gate Array)3132。其中，处理芯片3131包括系统运算单元31311以及运动控制运算单元31312。
具体地，机器人的驱动机构321与第一接口312相连。
其中，存储器311中存储有机器人控制系统以及运动控制程序；系统运算单元31311用于调用并执行机器人控制系统，以生成相应的控制命令，并将控制命令传输给所述运动控制运算单元31312；运动控制运算单元31312用于调用并执行运动控制程序，以根据接收的控制命令生成相应的控制指令，并将控制指令通过第一接口312发送给机器人的驱动机构321，以驱动机器人运动。
其中，FPGA 3132还用于通过逻辑电路实现实时算法，以修改运动控制运算单元31312的优先级，从而保证机器人运动控制的实时性。系统运算单元31311与运动控制运算单元31312通过处理芯片3131内的总线相互连接。
其中，系统运算单元31311和运动控制运算单元31312均为一种微处理器，其中系统运算单元31311可以ARM处理器，运动控制运算单元31312为ARM处理器或DSP处理器。
另外，存储器311、第一接口312以及集成芯片313集成在一块PCB(PrintedCircuit Board，印制电路板)板上。其中，集成芯片313包括处理芯片3131以及FPGA 3132。
其中，输入装置316用于接收用户的命令，并将用户的命令传输给机器人控制系统，以使得机器人控制系统根据用户的命令生成相应的控制命令。显示装置317用于显示机器人控制系统的操作界面。
可选地，输入装置316和显示装置317可以集成为一个装置。具体地，输入装置316和显示装置317可以是一触控屏幕。
具体地，第一接口312是现场总线接口，机器人控制器与机器人的驱动机构通过现场总线通信连接。
另外，存储器311中还存储有操作系统程序，系统运算单元31311还用于执行操作系统程序。操作系统负责管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本任务。
本实施方式中，机器人包括机器人控制器、机器人本体以及安装在机器人本体上的驱动机构，其中，控制器包括存储器、第一接口、现场可编辑门阵列以及处理芯片，处理芯片与FPGA集成，处理芯片包括系统运算单元以及运动控制运算单元，其中存储器、第一接口以及FPGA通过总线相连，第一接口用于与机器人的驱动机构相连，存储器中存储有机器人控制系统以及运动控制程序，存储器中存储有机器人控制系统以及运动控制程序，系统运算单元用于调用并执行机器人控制系统，以生成相应的控制命令，并将控制命令传输给运动控制运算单元，运动控制运算单元用于调用并执行运动控制程序，以根据接收的控制命令生成相应的控制指令，并将控制指令通过第一接口发送给机器人的驱动机构，以驱动机器人运动，实现了系统的高集成度和可靠性，简化了系统的复杂度，且降低了系统成本。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (18)

1.一种机器人控制器，其特征在于，所述机器人控制器包括存储器、第一接口、现场可编程门阵列FPGA以及处理芯片，所述处理芯片与所述FPGA集成，所述处理芯片包括系统运算单元以及运动控制运算单元，所述存储器、第一接口以及FPGA通过总线相连；
所述第一接口用于与机器人的驱动机构相连；
所述存储器中存储有机器人控制系统以及运动控制程序；
所述系统运算单元用于调用并执行所述机器人控制系统，以生成相应的控制命令，并将所述控制命令传输给所述运动控制运算单元；
所述运动控制运算单元用于调用并执行所述运动控制程序，以根据接收的控制命令生成相应的控制指令，并将所述控制指令通过所述第一接口发送给所述机器人的驱动机构，以驱动所述机器人运动。
2.根据权利要求1所述的机器人控制器，其特征在于，所述FPGA还用于通过逻辑电路实现实时算法，以修改所述运动控制运算单元的优先级，从而保证所述机器人运动控制的实时性。
3.根据权利要求1所述的机器人控制器，其特征在于，所述系统运算单元与所述运动控制运算单元通过所述处理芯片内的总线相互连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的机器人控制器，其特征在于，所述系统运算单元为ARM处理器，所述运动控制运算单元为ARM处理器或DSP处理器。
5.根据权利要求1所述的机器人控制器，其特征在于，所述存储器、第一接口、FPGA以及所述处理芯片集成在一块PCB板上。
6.根据权利要求5所述的机器人控制器，其特征在于，所述机器人控制器还包括与所述PCB板相连的输入装置，所述输入装置用于接收用户的命令，并将所述用户的命令传输给所述机器人控制系统，以使得所述机器人控制系统根据所述用户的命令生成相应的控制命令。
7.根据权利要求5至6任一项所述的机器人控制器，其特征在于，所述机器人还包括与所述PCB板相连的显示装置，所述显示装置用于显示所述机器人控制系统的操作界面。
8.根据权利要求1所述的机器人控制器，其特征在于，所述第一接口是现场总线接口，所述机器人控制器与所述机器人的驱动机构通过现场总线通信连接。
9.根据权利要求1所述的机器人控制器，其特征在于，所述存储器中还存储有操作系统程序，所述系统运算单元还用于执行所述操作系统程序。
10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括机器人控制器、机器人本体以及安装在所述机器人本体上的驱动机构，所述机器人控制器包括存储器、第一接口、现场可编程门阵列FPGA以及处理芯片，所述处理芯片与所述FPGA集成，所述处理芯片包括系统运算单元以及运动控制运算单元，所述存储器、第一接口以及FPGA通过总线相连；
所述第一接口用于与机器人的驱动机构相连；
所述存储器中存储有机器人控制系统以及运动控制程序；
所述系统运算单元用于调用并执行所述机器人控制系统，以生成相应的控制命令，并将所述控制命令传输给所述运动控制运算单元；
所述运动控制运算单元用于调用并执行所述运动控制程序，以根据接收的控制命令生成相应的控制指令，并将所述控制指令通过所述第一接口发送给所述机器人的驱动机构，以驱动所述机器人运动。
11.根据权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述FPGA还用于通过逻辑电路实现实时算法，以修改所述运动控制运算单元的优先级，从而保证所述机器人运动控制的实时性。
12.根据权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述系统运算单元与所述运动控制运算单元通过所述处理芯片内的总线相互连接。
13.根据权利要求10至12任一项所述的机器人控制器，其特征在于，所述系统运算单元为ARM处理器，所述运动控制运算单元为
ARM处理器或DSP处理器。
14.根据权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述存储器、第一接口、FPGA以及所述处理芯片集成在一块PCB板上。
15.根据权利要求14所述的机器人，其特征在于，所述机器人控制器还包括与所述PCB板相连的输入装置，所述输入装置用于接收用户的命令，并将所述用户的命令传输给所述机器人控制系统，以使得所述机器人控制系统根据所述用户的命令生成相应的控制命令。
16.根据权利要求14至15任一项所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括与所述PCB板相连的显示装置，所述显示装置用于显示所述机器人控制系统的操作界面。
17.根据权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述第一接口是现场总线接口，所述机器人控制器与所述机器人的驱动机构通过现场总线通信连接。
18.根据权利要求10所述的机器人，其特征在于，所述存储器中还存储有操作系统程序，所述系统运算单元还用于执行所述操作系统程序。
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