CN207924431U

CN207924431U - 一种机器人的io控制器

Info

Publication number: CN207924431U
Application number: CN201820281235.6U
Authority: CN
Inventors: 邓彬; 李庆芬; 吴远志; 周小桃
Original assignee: Hunan Institute of Technology
Current assignee: Hunan Institute of Technology
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2028-02-28

Abstract

本实用新型提供的一种机器人的IO控制器，涉及机械自动化技术领域，该机器人的IO控制器包括处理器模块、输入光耦隔离模块、输入缓冲模块、输出光耦隔离模块和输出缓冲模块，输入光耦隔离模块包括型号为PS2801‑4的四通道晶体管输出的输入光耦合器，输出光耦隔离模块包括型号为4N33的输出光耦合器，输入缓冲模块与输出缓冲模块均包括型号为SN74ALVCH162373GR的三态缓冲器，输入缓冲模块的三态缓冲器的引脚端与处理器模块的地址信号端电连接，输出缓冲模块的三态缓冲器的引脚端与处理器模块的地址信号端电连接。本实用新型电路简单、可为机器人系统扩展多路可编程通用IO接口的IO控制器。

Description

一种机器人的IO控制器

技术领域

本实用新型涉及机械自动化技术领域，尤其指一种机器人的IO控制器。

背景技术

在机器人的控制系统中，IO控制器主要负责完成各类数字信号的检测连接，实现对机器人液压、冷却、润滑、照明等多方面的控制，当它失效或存在故障时将直接导致机器人系统不能运行，因此，IO控制器是维持机器人系统正常工作的必要器件。

如今，随着人工智能、计算机科学、传感器技术及其它相关学科的长足进步，结构、功能多样化的机器人已经成了界内研究的趋势，这必然对机器人IO控制器的性能要求越来越高，只有IO控制器兼具较强的多路信号传送、处理能力及较快的处理速度的优点，才能有效保证机器人正常、高效的工作，从而促使结构、功能多样化的机器人得以很好的实现，然而，在现有技术中，机器人IO控制器的电路较复杂，能实现编程的通用IO接口数量较少。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电路简单、可为机器人系统扩展多路可编程通用IO接口的IO控制器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种机器人的IO控制器，包括处理器模块、输入光耦隔离模块、输入缓冲模块、输出光耦隔离模块和输出缓冲模块，所述输入光耦隔离模块包括多个型号为PS2801-4的四通道晶体管输出的输入光耦合器，所述输出光耦隔离模块包括多个型号为4N33的输出光耦合器，所述输入缓冲模块与输出缓冲模块均包括多个型号为SN74ALVCH162373GR的三态缓冲器，所述输入缓冲模块的三态缓冲器的D引脚端与输入光耦合器的输出端电连接，所述输入缓冲模块的三态缓冲器的Q引脚端与处理器模块的数据信号端电连接，所述输入缓冲模块的三态缓冲器的引脚端作为片选信号端与处理器模块的地址信号端电连接，所述输入缓冲模块的三态缓冲器的引脚端上拉一电阻，所述输出缓冲模块的三态缓冲器的D引脚端与处理器模块的数据信号端电连接，所述输出缓冲模块的三态缓冲器的Q引脚端与输出光耦合器的输出端电连接，所述输出缓冲模块的三态缓冲器的引脚端作为片选信号端与处理器模块的地址信号端电连接，所述输出缓冲模块的三态缓冲器的引脚端上拉一电阻。

进一步地，所述处理器模块为型号为AM335X的ARM芯片。

再进一步地，所述输入缓冲模块与输出缓冲模块的三态缓冲器的数量均为4个，所述输入光耦合器的数量为16个，所述输出光耦合器的数量为64个。

更进一步地，所述输入缓冲模块的三态缓冲器的Vcc引脚端接入3V电源且还接入电容CI0、CI1、CI2、CI3，所述电容CI0、CI1、CI2、CI3相互并联且其共线的一端与Vcc引脚端电连接、共线的另一端接地，所述输出缓冲模块的三态缓冲器的Vcc引脚端接入3V电源且还接入电容CO0、CO1、CO2、CO3，所述电容CO0、CO1、CO2、CO3相互并联且其共线的一端与Vcc引脚端电连接、共线的另一端接地。

本实用新型的有益效果在于：此一种机器人的IO控制器采用的光耦合器可实现外部信号与CPU之间的电气隔离，提高控制系统的抗干扰性，同时可有效保证系统高频采样输入与快速控制输出，另外，该机器人的IO控制器采用的三态缓冲器可使外部信号与高速运转的CPU之间协同、稳定的工作，在该IO控制器中，可选择合适数量的三态缓冲器、光耦合器连接于电路中，为机器人系统扩展多路可编程的通用IO接口，并通过处理器模块的地址线片选三态缓冲器来控制指定接口工作，此一种IO控制器电路简单、抗干扰能力强、数据同步性好，工作稳定，扩展性强，传输效率高，而且成本低，有利于机器人系统的大规模应用。

附图说明

图1为本实用新型中的IO控制器的结构框图；

图2为本实用新型中输入光耦合器的电路图；

图3为本实用新型中输入缓冲模块的三态缓冲器的电路图；

图4为本实用新型中输出光耦合器的电路图；

图5为本实用新型中输出缓冲模块的三态缓冲器的电路图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语的具体含义。

如图1-5所示，一种机器人的IO控制器，包括处理器模块、输入光耦隔离模块、输入缓冲模块、输出光耦隔离模块和输出缓冲模块，输入光耦隔离模块包括多个型号为PS2801-4的四通道晶体管输出的输入光耦合器，如图2所示，该输入光耦合器为四通道晶体管输出的光耦合器，光耦信号输入端为2号、4号、6号、8号引脚端(分别对应为24IO_IN0、24IO_IN1、24IO_IN2、24IO_IN3)，光耦信号输出端为15号、13号、11号、9号引脚端(分别对应为24IO_I0、24IO_I1、24IO_I2、24IO_I3)，此处15号、13号、11号、9号引脚端分别下拉一电阻，该输入光耦合器的1号、3号、5号、7号引脚端分别串联一电阻后共线接入24V的电源，而该输入光耦合器的16号、14号、12号、10号引脚端共线接入一3V的电源，该输入光耦合器实现了输入端与输出端之间的电气隔离，满足系统高频采样输入的要求；输出光耦隔离模块包括多个型号为4N33的输出光耦合器，如图4所示，该输出光耦合器为达林顿输出的光耦合器，光耦信号输入端为2号引脚端(对应为24IO_O1)，光耦信号输出端为5号引脚端(对应为24IO_OUT1)，该输出光耦合器的1号引脚端串联一电阻后接入3V的电源，该输出光耦合器的4号引脚端接地，该输出光耦合器实现了输入端与输出端之间的电气隔离，具有高电流增益，高输入阻抗、低输出阻抗和开关特性好等优良特性，满足系统快速控制输出的要求；输入缓冲模块与输出缓冲模块均包括多个型号为SN74ALVCH162373GR的三态缓冲器，输入缓冲模块的三态缓冲器的D引脚端与输入光耦合器的输出端电连接，输入缓冲模块的三态缓冲器的Q引脚端与处理器模块的数据信号端电连接，输入缓冲模块的三态缓冲器的引脚端作为片选信号端与处理器模块的地址信号端电连接，输入缓冲模块的三态缓冲器的引脚端上拉一电阻(此处上拉电阻可防止该三态缓冲器复位时输出电流过大，保护芯片内部电路)，输出缓冲模块的三态缓冲器的D引脚端与处理器模块的数据信号端电连接，输出缓冲模块的三态缓冲器的Q引脚端与输出光耦合器的输出端电连接，输出缓冲模块的三态缓冲器的引脚端作为片选信号端与处理器模块的地址信号端电连接，输出缓冲模块的三态缓冲器的引脚端上拉一电阻(此处上拉电阻可有效防止该三态缓冲器复位时误输出，提高芯片工作的可靠性)。

上述实施方式提供的机器人的IO控制器采用的光耦合器可实现外部信号与CPU之间的电气隔离，提高控制系统的抗干扰性，同时可有效保证系统高频采样输入与快速控制输出，另外，该机器人的IO控制器采用的三态缓冲器可使外部信号与高速运转的CPU之间协同、稳定的工作，在该IO控制器中，可选择合适数量的三态缓冲器、光耦合器连接于电路中，为机器人系统扩展多路可编程的通用IO接口，并通过处理器模块的地址线片选三态缓冲器来控制指定接口工作，此一种IO控制器电路简单、抗干扰能力强、数据同步性好，工作稳定，扩展性强，传输效率高，而且成本低，有利于机器人系统的大规模应用。

进一步，处理器模块为型号为AM335X的ARM芯片，该ARM芯片主频范围宽(从275MHz到1GHz)、工作效率高，且可支持的工业接口范围较广，例如：EtherCAT和PROFIBUS等工业接口。

再进一步，输入缓冲模块与输出缓冲模块的三态缓冲器的数量均为4个，所述输入光耦合器的数量为16个，所述输出光耦合器的数量为64个，具体的，上述实施方式的IO控制器可实现64通道输入、输出。

再进一步，如图3和图5所示，输入缓冲模块的三态缓冲器的Vcc引脚端接入3V电源且还接入可提高Vcc引脚端输入电源稳定性的电容CI0、CI1、CI2、CI3，电容CI0、CI1、CI2、CI3相互并联且其共线的一端与Vcc引脚端电连接、共线的另一端接地，输出缓冲模块的三态缓冲器的Vcc引脚端接入3V电源且还接入可提高Vcc引脚端输入电源稳定性的电容CO0、CO1、CO2、CO3，电容CO0、CO1、CO2、CO3相互并联且其共线的一端与Vcc引脚端电连接、共线的另一端接地。

上述实施例为本实用新型较佳的实现方案，除此之外，本实用新型还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本实用新型的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本实用新型相对于现有技术的改进之处，本实用新型的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本实用新型的内容。

Claims

1.一种机器人的IO控制器，其特征在于：包括处理器模块、输入光耦隔离模块、输入缓冲模块、输出光耦隔离模块和输出缓冲模块，所述输入光耦隔离模块包括多个型号为PS2801-4的四通道晶体管输出的输入光耦合器，所述输出光耦隔离模块包括多个型号为4N33的输出光耦合器，所述输入缓冲模块与输出缓冲模块均包括多个型号为SN74ALVCH162373GR的三态缓冲器，所述输入缓冲模块的三态缓冲器的D引脚端与输入光耦合器的输出端电连接，所述输入缓冲模块的三态缓冲器的Q引脚端与处理器模块的数据信号端电连接，所述输入缓冲模块的三态缓冲器的引脚端作为片选信号端与处理器模块的地址信号端电连接，所述输入缓冲模块的三态缓冲器的引脚端上拉一电阻，所述输出缓冲模块的三态缓冲器的D引脚端与处理器模块的数据信号端电连接，所述输出缓冲模块的三态缓冲器的Q引脚端与输出光耦合器的输出端电连接，所述输出缓冲模块的三态缓冲器的引脚端作为片选信号端与处理器模块的地址信号端电连接，所述输出缓冲模块的三态缓冲器的引脚端上拉一电阻。

2.根据权利要求1所述的机器人的IO控制器，其特征在于：所述处理器模块为型号为AM335X的ARM芯片。

3.根据权利要求2所述的机器人的IO控制器，其特征在于：所述输入缓冲模块与输出缓冲模块的三态缓冲器的数量均为4个，所述输入光耦合器的数量为16个，所述输出光耦合器的数量为64个。

4.根据权利要求3所述的机器人的IO控制器，其特征在于：所述输入缓冲模块的三态缓冲器的Vcc引脚端接入3V电源且还接入电容CI0、CI1、CI2、CI3，所述电容CI0、CI1、CI2、CI3相互并联且其共线的一端与Vcc引脚端电连接、共线的另一端接地，所述输出缓冲模块的三态缓冲器的Vcc引脚端接入3V电源且还接入电容CO0、CO1、CO2、CO3，所述电容CO0、CO1、CO2、CO3相互并联且其共线的一端与Vcc引脚端电连接、共线的另一端接地。