[发明专利]一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路

说明书

技术领域

本发明属于电路设计技术领域，具体涉及一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路。

背景技术

机器人多自由度机械臂是近代自动控制领域中出现的一项新技术，作为多学科融合的边沿学科，它是当今高技术发展最快的领域之一，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。当今，机器人多自由度机械臂已经广泛应用于工业加工、工业生产、工业装配、工业科学实验、救生系统、航天、航空、航海等领域。随着工业技术的快速发展，对机器人多自由度机械臂系统控制精度、功率密度、实时性能、可靠性等方面提出了更高的要求。

在机器人多自由度机械臂系统中，电气系统是多自由度机械臂的灵魂。多自由度机械臂的电气系统主要由控制器系统、电机驱动系统、通讯系统、传感器信息采集系统以及电源系统等几方面构成。控制器系统的计算能力以及抗干扰能力直接影响了空间多自由度机械臂的操作性能；电机驱动系统直接影响着关节工作的状态；通讯系统是连接关节和中央控制器的纽带；电源系统是整个多自由度机械臂电气系统正常工作的基础。通过机构设计提高多自由度机械臂性能的难度不断增加,而高集成度、高性能的电气系统设计成了大幅提高多自由度机械臂性能的有效途径，而且可以通过硬件模块化的设计提高对机械本体结构的优化；因此研究一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路设计具有重要的研究意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：提供一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，能够实时精确驱动机器人多自由度机械臂关节直流伺服电机，并能够结合综控机指令信息及系统信息实现关节直流伺服电机最优控制。

本发明的技术方案如下所述：

一种高精度轻型机器人多自由度机械臂驱动控制电路，包括基于DSP的智能控制单元、基于FPGA的数据采集单元、信号调理单元、智能控制输出单元、智能驱动单元、电源转换单元、高速模数转换单元、数据存储单元、网络总线通讯单元、功率驱动保护单元、传感器单元和人机交互单元。

基于FPGA的数据采集单元采集传感器单元经过信号调理单元调理和高速模数转换单元转换后的模拟量数据，以及采集经过信号调理单元调理后的数字量数据，后利用中断信号将两种数据通过数据总线和地址总线传送至基于DSP的智能控制单元；基于DSP的智能控制单元收到数据后，对数据进行初步处理，并将部分数据储存到数据存储单元；存储完毕后，基于DSP的智能控制单元再调用数据存储单元的数据，结合综控机指令及运动学理论进行数据处理及智能推理，并将智能推理结果输出至智能控制输出单元、智能驱动单元及人机交互单元；智能驱动单元接收智能推理结果并输出功率驱动信号驱动电机运行；网络总线通讯单元通过收发数据和命令实现基于DSP的智能控制单元与外部网络总线或综控机通讯；同时，功率驱动保护单元实时监测系统各部件运行状态，如有异常状态及时反馈信息到基于DSP的智能控制单元；电源转换单元为整个电路各单元提供电源。

作为优选方案：所述基于DSP的智能控制单元包括DSP芯片、电源转换电路、无源晶振电路、仿真调试电路：电源转换电路提供DSP芯片所需要的电压；无源晶振电路提供DSP芯片所需要的工作频率；仿真调试电路提供DSP程序软件下载和仿真接口；DSP芯片以数据总线和地址总线方式分别与数据存储单元和基于FPGA的数据采集单元实现数据传输。

作为优选方案：所述基于DSP的智能控制单元采用TMS320F28335芯片。

作为优选方案：所述基于FPGA的数据采集单元包括FPGA芯片、电源转换电路、有源晶振电路、仿真调试接口：电源转换电路和有源晶振电路分别提供FPGA芯片需要的电压和工作频率；仿真调试接口提供程序软件下载端口；FPGA芯片获取高速模数转换单元、数字量传感器及数字量I/O信息数据；FPGA芯片采用数据总线和地址总线分别与模数转换单元及DSP处理器通信。

作为优选方案：所述基于FPGA的数据采集单元采用EP1C3T144芯片。

作为优选方案：所述高速模数转换单元由两片高速模数转换器和电源基准电路组成：电源基准电路提供高速模数转换器需要的基准电压，两片模数转换器采用地址总线和数据总线实现与FPGA芯片的数据和命令通信。

作为优选方案：所述高速模数转换单元采用AD7606芯片。

作为优选方案：所述电源转换单元由多种电源转换模块组成，将系统输入电压转换为DSP处理器及其传感器电路所需要的电压。