[发明专利]多自由度机械臂驱动控制器

说明书

本发明公开了多自由度机械臂驱动控制器，涉及机械臂控制系统技术领域。本发明包括处理器模块和电机驱动模块，处理器模块包括ARM处理模块、时钟复位信号处理模块和总线仲裁模块，ARM处理模块与时钟复位信号处理模块电性连接，时钟复位信号处理模块与总线仲裁模块电性连接，总线仲裁模块连接电机驱动模块；电机驱动模块包括电机驱动总线通信模块、信号线分流汇流相关IP模块、机器人脉冲驱动模块1、机器人脉冲驱动模块2和急停保护模块，电机驱动总线通信模块与信号分流汇流相关IP模块电性连接。本发明多自由度机械臂驱动控制器基于FPGA的步进电机驱动IP，实现驱动控制一体化。

技术领域

本发明属于机械臂控制系统技术领域，特别是涉及多自由度机械臂驱动控制器。

背景技术

驱控一体系统凭借体积小、部署灵活、成本低等优势获得了广泛的关注。驱控一体系统需要高效能计算器、高速信息交换、足够的存储空间、丰富的外设接口等资源。核心处理器的选择是系统设计的重点。嵌入式系统凭借其开发方便、可扩展性强、实时性高等特性，成为驱控一体系统的首选；MCU的主频较低，数据处理能力较差，不适合计算性能要求很高的系统，DSP通过增加乘法器、优化存储器结构，可以实现数字滤波、数字频谱分析等复杂算法，在高性能控制系统中占据较大市场，SoC从系统性能和整体功能层面出发，凭借软硬件协同设计、IP模块复用和综合分析验证技术，提升嵌入式系统性能、降低开发成本。

SoC的物理载体有专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)等。

ASIC处理器性能高，但系统设计过程复杂，开发效率较低；FPGA单位面积性能相对较低，但系统实现周期短，开发验证效率更高，驱控一体系统大部分采用ARM+DSP+FPGA的分布式结构。这种方案的集成度和可靠性，主要受芯片布局、电路设计、信号稳定性等方面的影响，随着FPGA性能的提升和新型设计方案的提出，仅由FPGA也能够实现高性能的运动控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提供多自由度机械臂驱动控制器，采用基于FPGA的SoC器件设计驱控一体系统，可以有效改善上述因素的影响。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为多自由度机械臂驱动控制器，包括处理器模块和电机驱动模块，处理器模块包括ARM处理模块、时钟复位信号处理模块和总线仲裁模块，ARM处理模块与时钟复位信号处理模块电性连接，时钟复位信号处理模块与总线仲裁模块电性连接，总线仲裁模块连接电机驱动模块；

电机驱动模块包括电机驱动总线通信模块、信号线分流汇流相关IP模块、机器人脉冲驱动模块1、机器人脉冲驱动模块2和急停保护模块，电机驱动总线通信模块与信号分流汇流相关IP模块电性连接，信号分流汇流相关IP模块分别与机器人脉冲驱动模块1和机器人脉冲驱动模块2电性连接，机器人脉冲驱动模块1和机器人脉冲驱动模块2均与急停保护模块电性连接。

优选地，ARM处理模块负责算法软件部分等高层次抽象的工作，并连接总线仲裁模块。

优选地，总线仲裁模块为其它加速外设IP提供总线仲裁服务。

优选地，时钟复位信号处理模块接收输入的复位信号和时钟信号，产生同步复位信号使外设安全复位。

优选地，机器人脉冲驱动模块1和机器人脉冲驱动模块2为机器人脉冲驱动IP，机器人脉冲驱动模块1和机器人脉冲驱动模块2各自负责一个六自由度机械臂的驱动脉冲。

优选地，急停保护模块负责接收外部硬件电路的急停保护电平信号。

优选地，信号线分流汇流相关IP模块包括总线通信IP，负责接收来自处理器的控制信号，并将上述控制信号转换成控制命令发送到其它IP。