CN204347604U - 一种工业机器人控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及工业机器人领域，尤其涉及一种工业机器人控制器，用以提高工业机器人控制器的运算速度和控制精度。本实用新型实施例中，包括ARM主处理器，ARM主处理器包括浮点运算协处理器；与ARM主处理器连接的协处理器；通过与CAN总线接口一对应的电气隔离电路与ARM主处理器连接的CAN总线接口一，CAN总线接口一与工业机器人本体的总线形式设备连接。由于工业机器人控制器采用的ARM主处理器中包括浮点运算协处理器，进一步由于支持硬件浮点运算的ARM主处理器具有较高的计算速度和较强的数据处理能力，因此提高了包括该ARM主处理器的工业机器人控制器的运算速度和控制精度。

Description

一种工业机器人控制器

技术领域

本实用新型实施例涉及工业机器人领域，尤其涉及一种工业机器人控制器。

背景技术

随着科学技术及网络技术的发展，在现代工业中，自动化表现的越来越突出，并且也促使着工业机器人领域发生着翻天覆地的变化。目前，在激光拼接焊的自动化生产线中，大部分的上料作业由人工完成，从而存在效率低、安全性差、劳动强度大等缺点。由此越来越多的工厂开始选择用工业机器人上料代替人工进行生产作业，这样不仅提高了生产效率，同时还降低了成本，并且保证人身安全。

工业领域的工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的工业机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。而工业机器人控制器是工业机器人的核心部件，用以动作相关命令及数据运算及处理，以实现控制工业机器人高速高精度执行机构动作。

现有的工业机器人控制器运算速度较慢，亟需一种工业机器人控制器，用以解决该问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种工业机器人控制器，用以提高工业机器人控制器的运算速度及控制精度。

本实用新型实施例提供一种工业机器人控制器，包括：

ARM主处理器，ARM主处理器包括浮点运算协处理器；

与ARM主处理器连接的协处理器，协处理器通过与伺服驱动器接口对应的电气隔离电路与伺服驱动器接口连接，协处理器通过与开关量信号接口对应的电气隔离电路与开关量信号接口连接；每个电气隔离电路用于对该电气隔离电路通过的信号进行电气隔离；

通过与CAN总线接口一对应的电气隔离电路与ARM主处理器连接的CAN总线接口一，CAN总线接口一与工业机器人本体的总线形式设备连接；CAN总线接口一将接收到的工业机器人本体的总线形式设备发送的信号发送给ARM主处理器，以使ARM主处理器进行处理；CAN总线接口一将接收到的ARM主处理器发送的用于指示工业机器人本体的总线形式设备执行动作的信号发送给工业机器人本体的总线形式设备，以使工业机器人本体的总线形式设备执行动作。

较佳的，还包括：

通过与CAN总线接口二对应的电气隔离电路与ARM主处理器连接的CAN总线接口二，CAN总线接口二与手持式编程示教器连接，CAN总线接口二将接收到的手持式编程示教器发送的信息发送给ARM主处理器，以使ARM主处理器进行处理；CAN总线接口二将接收到的ARM主处理器发送的工业机器人状态的信息发送给手持式编程示教器，以使手持式编程示教器显示工业机器人状态。

较佳的，还包括：

通过与控制与通信链路CC-LINK总线接口对应的电气隔离电路与ARM主处理器连接的CC-LINK总线接口，CC-LINK总线接口与上位机连接；CC-LINK总线接口用于接收上位机发送的信息并将上位机发送的信息发送给ARM主处理器，以使ARM主处理器进行处理；CC-LINK总线接口用于接收ARM主处理器发送的工业机器人状态的信息，并将ARM主处理器发送的工业机器人状态的信息发送给上位机，以使上位机根据ARM主处理器发送的工业机器人状态的信息进行处理。

较佳的，还包括：

通过与以太网控制自动化技术Ether-CAT总线接口对应的电气隔离电路与ARM主处理器连接的Ether-CAT总线接口，Ether-CAT总线接口与总线形式的第一伺服驱动器连接；Ether-CAT总线接口将接收到的来自第一伺服驱动器的信息发送给ARM主处理器，以使ARM主处理器进行处理；Ether-CAT总线接口接收ARM主处理器发送的信息，将ARM主处理器发送的信息发送给第一伺服驱动器，以使第一伺服驱动器进行处理。

较佳的，还包括：

模数AD转换接口，通过与AD转换接口对应的电气隔离电路与ARM主处理器连接，AD转换接口与第一模拟量设备连接；AD转换接口用于将接收到的第一模拟量设备发送的模拟量信号转换为数字信号，并将数字信号发送给ARM主处理器；

数模DA转换接口，通过与DA转换接口对应的电气隔离电路与ARM主处理器连接，DA转换接口与第二模拟量设备连接；DA转换接口用于将接收到的ARM主处理器发送的数字信号转换为模拟量信号，并将模拟量信号发送给第二模拟量设备。

较佳的，伺服驱动器接口，伺服驱动器接口与脉冲形式的第二伺服驱动器连接；伺服驱动器接口用于将接收到的来自协处理器的用于指示工业机器人执行动作的信号发送给第二伺服驱动器，以使第二伺服驱动器驱动工业机器人执行动作；伺服驱动器接口用于将接收到的来自第二伺服驱动器的用于指示伺服驱动器状态的信号发送给协处理器，以使协处理器进行处理。

较佳的，开关量信号接口，开关量信号接口与开关量设备连接；开关量设备包括开关量传感器和开关量执行器，开关量信号接口将接收到的来自开关量传感器的信号发送给协处理器，以使协处理器进行处理；开关量信号接口接收协处理器发送的信号，并将协处理器发送的信号发送给开关量执行器，以使开关量执行器进行处理。

较佳的，还包括：人机交互接口，与ARM主处理器连接，且与第一终端连接，人机交互接口用于将接收到的来自于第一终端的ARM主处理器的参数信息发送给ARM主处理器，以配置ARM主处理器；人机交互接口接收ARM主处理器发送的状态信息，将ARM主处理器发送的状态信息发送给第一终端，以使第一终端进行处理；

人机交互接口至少包括以下内容中的一项或几项：以太网接口、联合测试行为组织JTAG接口、RS-232接口。

较佳的，还包括：存储器，存储器与ARM主处理器连接；

存储器至少包括以下内容中的一项或几项：铁电存储器、闪存存储器、动态存储器。

较佳的，ARM主处理器为ARMv7微处理器；协处理器为现场可编程门阵列模块。

本实用新型实施例中，包括ARM主处理器，ARM主处理器包括浮点运算协处理器；与ARM主处理器连接的协处理器，协处理器通过与伺服驱动器接口对应的电气隔离电路与伺服驱动器接口连接，协处理器通过与开关量信号接口对应的电气隔离电路与开关量信号接口连接；每个电气隔离电路用于对该电气隔离电路通过的信号进行电气隔离；通过与CAN总线接口一对应的电气隔离电路与ARM主处理器连接的CAN总线接口一，CAN总线接口一与工业机器人本体的总线形式设备连接；CAN总线接口一将接收到的工业机器人本体的总线形式设备发送的信号发送给ARM主处理器，以使ARM主处理器进行处理；CAN总线接口一将接收到的ARM主处理器发送的用于指示工业机器人本体的总线形式设备执行动作的信号发送给工业机器人本体的总线形式设备，以使工业机器人本体的总线形式设备执行动作。

由于工业机器人控制器采用ARM主处理器中包括浮点运算协处理器，因此该ARM主处理器可支持硬件浮点运算，进一步由于支持浮点运算的ARM主处理器的具有较高的计算速度，因此进一步提高了包括该ARM主处理器的工业机器人控制器的运算速度，进一步由于该ARM主处理器的具有较强的数据处理能力，因此进一步提高了包括该ARM主处理器的工业机器人控制器的控制精度，进而实现了通过该工业机器人控制器高速高精度控制工业机器人的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种工业机器人控制器的架构示意图；

图1a为本实用新型实施例提供的一种工业机器人控制器的架构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种工业机器人控制器100，图1a示出了本实用新型实施例提供的一种工业机器人控制器的结构示意图，工业机器人控制器100包括：

高级精简指令集机器(Advanced RISC Machines，简称ARM)主处理器101，ARM主处理器101包括浮点运算协处理器1001；

与ARM主处理器101连接的协处理器102，协处理器102通过与伺服驱动器接口105对应的电气隔离电路208与伺服驱动器接口105连接，协处理器102通过与开关量信号接口106对应的电气隔离电路209与开关量信号接口106连接；每个电气隔离电路用于对该电气隔离电路通过的信号进行信号隔离，以便提高系统的抗干扰能力；

通过与控制器局域网络(Controller Area Network，简称CAN)总线接口一110对应的电气隔离电路202与ARM主处理器101连接的CAN总线接口一110，CAN总线接口一110与工业机器人本体的总线形式设备302连接；CAN总线接口一110将接收到的工业机器人本体的总线形式设备302发送的信号发送给ARM主处理器101，以使ARM主处理器101进行处理；CAN总线接口一110将接收到的ARM主处理器101发送的用于指示工业机器人本体的总线形式设备302执行动作的信号发送给工业机器人本体的总线形式设备302，以使工业机器人本体的总线形式设备302执行动作。

具体来说，工业机器人本体的总线形式设备302可为工业机器人本体的总线形式的传感器。ARM主处理器101发送的用于指示工业机器人本体的总线形式设备302执行动作的信号具体可为工业机器人本体的总线形式设备具体执行某种动作的信号，如关闭该总线形式设备等。

较佳的，本实用新型实施例中的ARM主处理器101为ARMv7微处理器；协处理器102为现场可编程门阵列模块。协处理器102通过16位或32位总线与ARM主处理器电性连接。

本实用新型中，由于工业机器人控制器采用的ARM主处理器中包括浮点运算协处理器，因此该ARM主处理器可支持硬件浮点运算，进一步由于支持浮点运算的ARM主处理器的具有较高的计算速度，因此进一步提高了包括该ARM主处理器的工业机器人控制器的运算速度，进一步由于该ARM主处理器的具有较强的数据处理能力，因此进一步提高了包括该ARM主处理器的工业机器人控制器的控制精度，进而实现了通过该工业机器人控制器高速高精度控制工业机器人的目的。下面结合图1和图1a对工业机器人控制器结构进行介绍。工业机器人控制器100包括ARM主处理器101，以及与ARM主处理器101连接的协处理器102。

具体来说，现有技术中目前的控制器并不具备硬件的浮点运算协处理器，因此现有技术中需要为该控制器配置软件形式的浮点运算能力，因此该控制系统的插补运算和运动控制等都由控制器中的主处理器来完成，由于此时通过软件形式实现浮点运算能力的控制器中主处理器需要处理的数据运算量巨大，因此该控制器的控制精度和实时性等方面均会受到很大的制约。

本实用新型实施例中ARM主处理器包括硬件形式的浮点运算协处理器，一方面由于ARM主处理器包括高性能处理器，使该控制系统的事务管理和任务调度能力强的优势也得以充分发挥，同时另一方面由于ARM主处理器包括硬件形式的浮点运算协处理器，可使该ARM主处理器数据计算能力大大增强，运算速度显著提高，保证复杂运算能够实时完成。

在实施中，本实用新型实施例中的机器人控制器中，ARM主处理器包括硬件形式的浮点运算协处理器，且与现场可编程门阵列协处理器共同协作。ARM主处理器主要负责系统总体控制，以及少量数据处理，且该机器人控制器结合实时多任务操作系统(如ucos-II)，可以支持多任务调度和多种通讯协议，从而缩短开发周期，增强系统扩展性。本实用新型实施例中的硬件浮点运算协处理器主要用于进行大量数据的计算，从而使该控制器可以高效地完成复杂的运算任务，例如高速高精度实时插补运算、机器人位置姿态解算等。本实用新型实施例中的现场可编程门阵列协处理器引脚资源丰富，并且可根据系统需求对该现场可编程门阵列协处理器进行灵活配置，在本系统中现场可编程门阵列协处理器负责扩展伺服驱动器接口及输入/输出接口，以实现各种信号采集和控制功能。

协处理器102通过电气隔离电路208连接伺服驱动器接口105，且通过电气隔离电路209连接开关量信号接口106。

ARM主处理器101通过电气隔离电路连接现场总线接口单元103，较佳的，ARM主处理器101通过电气隔离电路连接数模转换接口104。较佳的，现场总线接口单元103包括CAN总线接口一110、CAN总线接口二109、RS-485总线接口、控制与通信链路(Control&Communication Link，简称：CC-LINK)总线接口、以太网控制自动化技术(Control Automation Technology，简称Ether-CAT)总线接口。数模转换接口104包括模数(Analog-Digital，简称AD)转换接口114和数模(Digital-Analog，简称DA)转换接口115。

ARM主处理器101连接有人机交互接口单元107，以及扩展的存储器单元108。人机交互接口单元107中包括多个人机交互接口。扩展的存储器单元108包括多个存储器。

较佳的，基于前述工业机器人控制器的具体结构，本实用新型实施例所提供的工业机器人控制器采用μc/os-II的操作系统，规划了系统的各功能模块，且可使各功能模块同时执行不同的任务，且进一步，该操作系统可使用户进行接口和功能的增减与配置等操作，如增加伺服驱动器接口或开关量信号接口等，从而使本实用新型实施例所提供的工业机器人控制器具有良好的开放性和灵活性。

本实用新型实施例使用该操作系统，进一步可实现工业机器人的高速高精度、强实时的多轴协作，从而实现了工业机器人控制器多任务、强实时、多轴运动控制的目的。

下面对工业机器人控制器各个结构进行详细说明。

结合上述结构具体来说，较佳的，ARM主处理器101为ARMv7微处理器，在ARM主处理器内部包括浮点运算协处理器1001，以使该ARM主处理器支持硬件浮点运算。如此，才可通过工业机器人控制器实现工业机器人的高速且高精度的动作。具体实施中，工业机器人在实现动作过程中的译码、插补、正逆解等计算必须使用浮点运算。本实用新型实施例中使用支持硬件浮点运算的ARM主处理器，为工业级微处理器，提高了工业机器人控制器的高速运算能力，且进一步增强了工业机器人控制器在工业环境中应用时的稳定性与可靠性。

较佳的，本实用新型实施例提供的协处理器102可采用Altera公司的Cyclone II系列的产品。协处理器通过16位或32位总线与ARM主处理器电性连接，且通过电气隔离电路208与伺服驱动器接口105连接，且通过电气隔离电路209与开关量信号接口106连接。较佳的，伺服驱动器接口105与第二伺服驱动器308连接。较佳的，开关量信号接口106与开关量设备309连接。具体来说，开关量设备309具体可为伺服驱动器上的开关接口、工业机器人本体上的开关量传感器、工业机器人周边设备上的开关量传感器或执行器等。

协处理器102用于接收ARM主处理器发送的脉冲数和脉冲周期指令，并通过内部逻辑产生相应的脉冲信号，并将该脉冲信号通过电气隔离电路208发送至伺服驱动器接口105。

较佳的，伺服驱动器接口105，伺服驱动器接口105与脉冲形式的第二伺服驱动器308连接；伺服驱动器接口105用于将接收到的来自协处理器102的用于指示工业机器人执行动作的信号发送给第二伺服驱动器308，以使第二伺服驱动器308驱动工业机器人执行动作；伺服驱动器接口105用于将接收到的来自第二伺服驱动器308的用于指示伺服驱动器状态的信号发送给协处理器102，以使协处理器102进行处理。

具体来说，ARM主处理器101将工业机器人运动、状态指令等用于指示工业机器人执行动作的信号发送给协处理器102，协处理器102将该信号发送给伺服驱动器接口105，伺服驱动器接口105用于将该脉冲信号发送给第二伺服驱动器308，以控制第二伺服驱动器308的运动和状态，如转向和转速等。同时，伺服驱动器接口105还用于接收第二伺服驱动器发送的信号，如报警信号等，并将第二伺服驱动器发送的信号发送给协处理器，以使协处理器进行处理。本领域技术人员可知，可根据工业机器人结构的不同配置多个伺服驱动器接口105，图1中仅示例性示出了一个。

较佳的，开关量信号接口106，开关量信号接口106与开关量设备309连接；该开关量设备包括开关量传感器和开关量执行器；开关量信号接口106将接收到的来自开关量传感器的信号发送给协处理器102，以使协处理器102进行处理；开关量信号接口106接收协处理器102发送的信号，并将协处理器102发送的信号发送给开关量执行器，以使开关量执行器进行处理。具体来说，开关量传感器可为电磁阀、继电器、光电开关传感器、压力开关传感器、急停开关、工业机器人周边设备上的开关量传感器等，开关量执行器具体可为伺服驱动器上的开关接口、工业机器人周边设备上的开关量执行器等。

具体来说，协处理器102可根据接收到的命令或工业机器人的工作状态，通过电气隔离电路209向开关量信号接口106发送开关量信号，开关量信号接口106可将该开关量信号发送给开关量设备309，用以实现对开关量设备309的控制。

可见，本实用新型实施例中由于协处理器102具有高密度、高性能的特点，因此通过ARM主处理器101与协处理器102的结合使用，可以高效地完成复杂的运算任务，例如高速高精度实时插补运算、工业机器人运动学的正、逆解解算等，从而实现了高速高精度实时插补运算，以及多轴高速、高精、实时、同步运动控制的目的。且本实用新型实施例中的工业机器人控制器利用协处理器102的快速配置能力，大大减少了硬件系统上的接口转换器件，有效地提高了系统的集成度，降低了系统成本。

较佳的，本实用新型实施例中电气隔离电路采用高速耦合器件将输入输出信号进行隔离滤波处理，电气隔离电路能够隔离外部电气噪声干扰，确保内部电路系统的稳定性。较佳的，本实用新型实施例中的各个接口均对应一个电气隔离电路，如CAN总线接口一110通过电气隔离电路202与ARM主处理器101连接，如CAN总线接口二109通过电气隔离电路201与ARM主处理器101连接，如RS-485总线接口111通过电气隔离电路203与ARM主处理器101连接，如CC-LINK总线接口112通过电气隔离电路204与ARM主处理器101连接，如Ether-CAT总线接口113通过电气隔离电路205与ARM主处理器101连接，如AD转换接口114通过电气隔离电路206与ARM主处理器101连接，如DA转换接口115通过电气隔离电路207与ARM主处理器101连接，如伺服驱动器接口105通过电气隔离电路208与协处理器102连接，如开关量信号接口106通过电气隔离电路209与协处理器102连接。另一种实现方式为，也可对上述外部接口中的部分接口使用电气隔离电路。

本实用新型实施例中，对ARM主处理器101和协处理器102的控制信号均进行了电气隔离处理，对外的一切控制和传感信号皆以光电耦合的形式通过电气隔离保护之后进行传递，提高了工业机器人控制器抗干扰能力，进一步提高了系统的可靠性。

较佳的，通过与CAN总线接口一110对应的电气隔离电路202与ARM主处理器101连接的CAN总线接口一110，CAN总线接口一110与工业机器人本体的总线形式设备302连接；CAN总线接口一110将接收到的工业机器人本体的总线形式设备302发送的信号发送给ARM主处理器101，以使ARM主处理器101进行处理；CAN总线接口一110将接收到的ARM主处理器101发送的用于指示工业机器人本体的总线形式设备302执行动作的信号发送给工业机器人本体的总线形式设备302，以使工业机器人本体的总线形式设备302执行动作。

具体来说，CAN总线接口一用于将接收到的工业机器人本体的总线形式设备302发送的信号发送给ARM主处理器101，以使ARM主处理器101进行处理。且还可通过ARM主处理器101向工业机器人本体的总线形式设备302发送控制命令，以控制工业机器人本体上相应的总线形式设备302执行相应动作。本实用新型实施例中所提供的工业机器人本体的总线形式设备302可为检测工业机器人本体位置的原点传感器、位置传感器、电磁阀等。

由于CAN总线接口一与工业机器人本体的总线形式设备连接，因此，工业机器人本体的总线形式设备的信息可快速传输至工业机器人控制器的CAN总线接口一，进一步由于CAN总线接口一通过电气隔离电路与ARM主处理器连接，如此，当CAN总线接口一接收到工业机器人本体的总线形式设备的信息时，可快速将其发送给ARM主处理器，从而实现了工业机器人控制器接收到工业机器人本体上的信息的目的。

较佳的，本实用新型实施例中的CAN总线接口二109与CAN总线接口一110均为支持CAN协议总线接口。较佳的，通过与CAN总线接口二109对应的电气隔离电路与ARM主处理器101连接的CAN总线接口二109，CAN总线接口二109与手持式编程示教器301连接，CAN总线接口二109将接收到的手持式编程示教器301发送的信息发送给ARM主处理器101，以使ARM主处理器101进行处理；CAN总线接口二109将接收到的ARM主处理器101发送的工业机器人状态的信息发送给手持式编程示教器301，以使手持式编程示教器301显示工业机器人状态。

具体来说，CAN总线接口二109通过电气隔离电路201与ARM主处理器101连接，且CAN总线接口二109与手持式编程示教器301连接。可以向控制器发送运动控制、修改参数等指令，同时实时获取控制器当前工业机器人状态的信息，如位置信息、运动状态、故障信息等，可以实时监控工业机器人动作状态。操作人员通过手持式编程示教器301将信号发送至CAN总线接口二109，CAN总线接口二109将接收到的手持式编程示教器301发送的信号发送给ARM主处理器101，以使ARM主处理器101进行处理，并控制工业机器人进行该信号所对应的动作，通过该过程实现了通过手持式编程示教器301控制工业机器人动作的目的。另一方面，ARM主处理器101将信号发送给CAN总线接口二109，该信号可为运动状态和故障状态等信息，CAN总线接口二109将该信号发送给手持式编程示教器301，手持式编程示教器301可将该信号显示在其显示屏幕上，以使操作人员还可通过手持式编程示教器301查看工业机器人运行状态。手持式编程示教器301支持用户根据实际需求自定义一些运动程序。

较佳的，工业机器人控制器还包括RS-485总线接口111，RS-485总线接口111通过电气隔离电路203与ARM主处理器101连接，且RS-485总线接口111与第三伺服驱动器303连接。ARM主处理器101可通过RS-485总线接口111读取第三伺服驱动器303的信号，以获得工业机器人当前的位置信息、编码器信息等。

较佳的，工业机器人控制器还包括通过与CC-LINK总线接口112对应的电气隔离电路与ARM主处理器101连接的CC-LINK总线接口112，CC-LINK总线接口112与上位机304连接；CC-LINK总线接口112用于接收上位机304发送的信息并将上位机304发送的信息发送给ARM主处理器101，以使ARM主处理器101进行处理；CC-LINK总线接口112用于接收ARM主处理器101发送的工业机器人状态的信息，并将ARM主处理器101发送的工业机器人状态的信息发送给上位机304，以使上位机304根据ARM主处理器发送的工业机器人状态的信息进行处理。

上位机304可为可编程逻辑控制(programmable logic controller，简称：PLC)或个人电脑，上位机发出的信息可为控制指令。CC-LINK总线接口112接收到的ARM主处理器101发送的工业机器人状态的信息可为工业机器人的运动状态信息、故障信息等。本实用新型实施例中现场总线接口单元103具有性能卓越、使用简单、应用广泛、节省成本等优点，不仅解决了工业现场配线复杂的问题，同时具有优异的抗噪性能和兼容性。

具体来说，现有技术中通常采用以太网工业总线与上位机进行连接。由于在工业环境下，以太网采用超时发送机制，单点出现故障则很容易扩散到整个网络系统，从而使其瘫痪，因此以太网的可靠性较低。而本实用新型实施例中采用的CC-LINK总线接口具有较好的可靠性，当单点出现故障时，该接口具有故障子站自动下线功能，该单点故障不会扩散到整个网络系统，从而提高了系统的可靠性。较佳的，本实用新型实施例中的CC-LINK总线接口还具有修复后的自动返回功能、站号重叠检查功能、故障无效站功能、网络链接状态检查功能、自诊断功能等等，进一步提高了该接口的可靠性、有效性和可维护性。进一步，本实用新型实施例中的CC-LINK总线接口具有优异抗噪性能和兼容性。

较佳的，工业机器人控制器还包括通过与Ether-CAT总线接口113对应的电气隔离电路与ARM主处理器101连接的Ether-CAT总线接口113，Ether-CAT总线接口113与总线形式的第一伺服驱动器305连接；Ether-CAT总线接口113将接收到的来自第一伺服驱动器305的信息发送给ARM主处理器101，以使ARM主处理器101进行处理；Ether-CAT总线接口113接收ARM主处理器101发送的信息，将ARM主处理器101发送的信息发送给第一伺服驱动器305，以使第一伺服驱动器305进行处理。

较佳的，工业机器人控制器还包括AD转换接口114，通过与AD转换接口对应的电气隔离电路206与ARM主处理器101连接，AD转换接口114与第一模拟量设备306连接；AD转换接口114用于将接收到的第一模拟量设备306发送的模拟量信号转换为数字信号，并将数字信号发送给ARM主处理器101；

DA转换接口115，通过与DA转换接口对应的电气隔离电路207与ARM主处理器101连接，DA转换接口115与第二模拟量设备307连接；DA转换接口115用于将接收到的ARM主处理器101发送的数字信号转换为模拟量信号，并将模拟量信号发送给第二模拟量设备307。

本实用新型实施例中AD转换接口114和DA转换接口115通过高速光电耦合器件连接至ARM主处理器101。

举一具体例子，假设第一模拟量设备306为电压传感器，则第一模拟量设备306的电压为+10V，第一模拟量设备将+10V的模拟量信号输入给AD转换接口114，AD转换接口114用于将接收到的第一模拟量设备306发送的模拟量信号转换为数字信号，并将数字信号发送给ARM主处理器101。

假设第二模拟量设备307为直流电压驱动器，则当ARM主处理器101需要控制第二模拟量设备307时，ARM主处理器101发送的数字信号给DA转换接口115，DA转换接口115用于将接收到的ARM主处理器101发送的数字信号转换为模拟量信号，并将模拟量信号发送给第二模拟量设备307。

较佳的，工业机器人控制器还包括人机交互接口单元107，人机交互接口单元107中包括多个人机交互接口。人机交互接口与ARM主处理器101连接，且与第一终端310连接，人机交互接口用于将接收到的来自于第一终端310的ARM主处理器的参数信息发送给ARM主处理器101，以配置ARM主处理器101；人机交互接口接收ARM主处理器发送的状态信息，将ARM主处理器101发送的状态信息发送给第一终端310，以使第一终端310进行处理。具体来说，人机交互接口可将ARM主处理器的参数信息反馈到第一终端310上，以便为工作人员在第一终端310上进行参数调试时提供参考。人机交互接口至少包括以下内容中的一项或几项：以太网接口、联合测试行为组织(Joint Test ActionGroup，简称JTAG)接口、RS-232接口。较佳的，人机交互接口单元107包括以太网接口116、JTAG接口117、RS-232接口118。

以太网接口另一端连接个人电脑，用于更新工业机器人控制器的程序及参数文件等。JTAG接口另一端连接仿真器，可以实现ARM主处理器的在线调试，包括单步、多步、断点等多种调试模式，且支持实时仿真动态查看ARM主处理器中各寄存器的状态。RS-232接口另一端连接个人电脑，操作人员可以在终端软件上方便的查看ARM主处理器的状态信息。

较佳的，工业机器人控制器还包括存储器单元108，存储器单元108中包括多个存储器，所有存储器与ARM主处理器连接；存储器至少包括以下内容中的一项或几项：铁电存储器、闪存存储器、动态存储器。如图1所示的铁电存储器119、闪存存储器120、动态存储器121。存储器单元108中的存储器用于存储控制器的全部信息，包括程序、参数、中间运行结果和最终运行结果等。

上述不同的存储器性能不同，基于不同的性能，可选择性使用。铁电存储器119用于存储系统的运行参数，其读写速度快，且掉电数据不会丢失，但存储容量小。闪存存储器120用于存储系统的引导程序、操作系统内核、文件系统和用户程序等，其读写速度相对较慢，但存储容量大，且掉电时数据不会丢失。动态存储器121用于在控制器运行时存放程序指令和数据，其读写速度快，但当系统掉电时，数据将会丢失。

基于上述硬件结构，本实用新型实施例中相应的还提供了系统层面的方案。软件架构由系统层、中间层、应用层组成，采用分层结构可以使用统一的通信和控制接口，因此提高了系统的开放程度。

系统层是软件结构中软件与硬件交互的组件，它分离了系统硬件和上层软件，所有上层软件对硬件的操作必须通过系统层实现。在系统层采用μc/os-II多任务强实时性操作系统，可以进行任务管理、消息管理、中断服务等操作，同时移植了相应的硬件设备驱动。

中间层负责控制器内部的通信和同步，它提供了统一面向消息的通信接口，并负责控制器的外部通信，可以简单高效透明地处理工业机器人控制系统的数据和请求过程。为了提高控制系统的开放性和硬实时性，采用了基于工业机器人控制应用、面向消息的软件中间件，其具有灵活高效的通信和同步机制。

应用层实现了工业机器人控制功能，主要由运动控制管理、运动控制、位置控制和逻辑控制等模块组成。

运动控制管理模块，用于管理工业机器人的操作方式，描述工业机器人动作和状态之间的关系。工业机器人的操作方式一般分为自动、示教和远程三种。

运动控制模块，用于生成工业机器人运动的位置指令，包括工业机器人程序编译、运动学转换和插补运算。

位置控制模块，用于按照给定的位置指令控制各轴完成动作。

逻辑控制模块，用于实现系统的IO控制功能，读取传感器信息，操作执行器。

综上，本实用新型实施例中，本实用新型实施例中，包括ARM主处理器，ARM主处理器包括浮点运算协处理器；与ARM主处理器连接的协处理器，协处理器通过与伺服驱动器接口对应的电气隔离电路与伺服驱动器接口连接，协处理器通过与开关量信号接口对应的电气隔离电路与开关量信号接口连接；每个电气隔离电路用于对该电气隔离电路通过的信号进行电气隔离，以增强系统的抗干扰能力；通过与CAN总线接口一对应的电气隔离电路与ARM主处理器连接的CAN总线接口一，CAN总线接口一与工业机器人本体的总线形式设备连接；CAN总线接口一将接收到的工业机器人本体的总线形式设备发送的信号发送给ARM主处理器，以使ARM主处理器进行处理；CAN总线接口一将接收到的ARM主处理器发送的用于指示工业机器人本体的总线形式设备执行动作的信号发送给工业机器人本体的总线形式设备，以使工业机器人本体的总线形式设备执行动作。

由于工业机器人控制器采用ARM主处理器中包括浮点运算协处理器，因此该ARM主处理器可支持硬件浮点运算，进一步由于支持硬件浮点运算的ARM主处理器的具有较高的计算速度，因此进一步提高了包括该ARM主处理器的工业机器人控制器的运算速度，进一步由于该ARM主处理器的具有较强的数据处理能力，因此进一步提高了包括该ARM主处理器的工业机器人控制器的控制精度，进而实现了通过该工业机器人控制器高速高精度控制工业机器人的目的。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种工业机器人控制器，其特征在于，包括：

高级精简指令集机器ARM主处理器，所述ARM主处理器包括浮点运算协处理器；

与所述ARM主处理器连接的协处理器，所述协处理器通过与伺服驱动器接口对应的电气隔离电路与所述伺服驱动器接口连接，所述协处理器通过与开关量信号接口对应的电气隔离电路与所述开关量信号接口连接；每个电气隔离电路用于对该电气隔离电路通过的信号进行电气隔离；

通过与控制器局域网络CAN总线接口一对应的电气隔离电路与所述ARM主处理器连接的所述CAN总线接口一，所述CAN总线接口一与工业机器人本体的总线形式设备连接；所述CAN总线接口一将接收到的所述工业机器人本体的总线形式设备发送的信号发送给所述ARM主处理器，以使所述ARM主处理器进行处理；所述CAN总线接口一将接收到的所述ARM主处理器发送的用于指示所述工业机器人本体的总线形式设备执行动作的信号发送给所述工业机器人本体的总线形式设备，以使所述工业机器人本体的总线形式设备执行动作。

2.如权利要求1所述的工业机器人控制器，其特征在于，还包括：

通过与CAN总线接口二对应的电气隔离电路与所述ARM主处理器连接的所述CAN总线接口二，所述CAN总线接口二与手持式编程示教器连接，所述CAN总线接口二将接收到的所述手持式编程示教器发送的信息发送给所述ARM主处理器，以使所述ARM主处理器进行处理；所述CAN总线接口二将接收到的所述ARM主处理器发送的工业机器人状态的信息发送给所述手持式编程示教器，以使所述手持式编程示教器显示工业机器人状态。

3.如权利要求1所述的工业机器人控制器，其特征在于，还包括：

通过与控制与通信链路CC-LINK总线接口对应的电气隔离电路与所述ARM主处理器连接的CC-LINK总线接口，所述CC-LINK总线接口与上位机连接；所述CC-LINK总线接口用于接收所述上位机发送的信息并将所述上位机发送的信息发送给所述ARM主处理器，以使所述ARM主处理器进行处理；所述CC-LINK总线接口用于接收所述ARM主处理器发送的工业机器人状态的信息，并将所述ARM主处理器发送的工业机器人状态的信息发送给所述上位机，以使所述上位机根据所述ARM主处理器发送的工业机器人状态的信息进行处理。

4.如权利要求1所述的工业机器人控制器，其特征在于，还包括：

通过与以太网控制自动化技术Ether-CAT总线接口对应的电气隔离电路与所述ARM主处理器连接的Ether-CAT总线接口，所述Ether-CAT总线接口与总线形式的第一伺服驱动器连接；所述Ether-CAT总线接口将接收到的来自所述第一伺服驱动器的信息发送给所述ARM主处理器，以使所述ARM主处理器进行处理；所述Ether-CAT总线接口接收所述ARM主处理器发送的信息，将所述ARM主处理器发送的信息发送给所述第一伺服驱动器，以使所述第一伺服驱动器进行处理。

5.如权利要求1所述的工业机器人控制器，其特征在于，还包括：

模数AD转换接口，通过与所述AD转换接口对应的电气隔离电路与所述ARM主处理器连接，所述AD转换接口与第一模拟量设备连接；所述AD转换接口用于将接收到的所述第一模拟量设备发送的模拟量信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送给所述ARM主处理器；

数模DA转换接口，通过与所述DA转换接口对应的电气隔离电路与所述ARM主处理器连接，所述DA转换接口与第二模拟量设备连接；所述DA转换接口用于将接收到的所述ARM主处理器发送的数字信号转换为模拟量信号，并将所述模拟量信号发送给所述第二模拟量设备。

6.如权利要求1所述的工业机器人控制器，其特征在于，

所述伺服驱动器接口，所述伺服驱动器接口与脉冲形式的第二伺服驱动器连接；所述伺服驱动器接口用于将接收到的来自所述协处理器的用于指示所述工业机器人执行动作的信号发送给所述第二伺服驱动器，以使所述第二伺服驱动器驱动所述工业机器人执行动作；所述伺服驱动器接口用于将接收到的来自所述第二伺服驱动器的用于指示所述伺服驱动器状态的信号发送给所述协处理器，以使所述协处理器进行处理。

7.如权利要求1所述的工业机器人控制器，其特征在于，

所述开关量信号接口，所述开关量信号接口与开关量设备连接；所述开关量设备包括开关量传感器和开关量执行器，所述开关量信号接口将接收到的来自所述开关量传感器的信号发送给所述协处理器，以使所述协处理器进行处理；所述开关量信号接口接收所述协处理器发送的信号，并将所述协处理器发送的信号发送给所述开关量执行器，以使所述开关量执行器进行处理。

8.如权利要求1所述的工业机器人控制器，其特征在于，还包括：

人机交互接口，与所述ARM主处理器连接，且与第一终端连接，所述人机交互接口用于将接收到的来自于所述第一终端的所述ARM主处理器的参数信息发送给所述ARM主处理器，以配置所述ARM主处理器；所述人机交互接口接收所述ARM主处理器发送的状态信息，将所述ARM主处理器发送的状态信息发送给所述第一终端，以使所述第一终端进行处理；

所述人机交互接口至少包括以下内容中的一项或几项：以太网接口、联合测试行为组织JTAG接口、RS-232接口。

9.如权利要求1所述的工业机器人控制器，其特征在于，还包括：存储器，所述存储器与所述ARM主处理器连接；

所述存储器至少包括以下内容中的一项或几项：铁电存储器、闪存存储器、动态存储器。

10.如权利要求1至9任一所述的工业机器人控制器，其特征在于，所述ARM主处理器为ARMv7微处理器；

所述协处理器为现场可编程门阵列模块。