嵌入式轻型机械臂控制器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种嵌入式轻型机械臂控制器，包括相连接的示教盒控制器和嵌入式主从ＤＳＰ控制器，所述示教盒控制器包括微处理器Ｉ，微处理器Ｉ分别与人机接口单元和嵌入式主从ＤＳＰ控制器相连；所述嵌入式主从ＤＳＰ控制器包括微处理器ＩＩ和微处理器ＩＩＩ，所述微处理器ＩＩ分别与微处理器Ｉ和双口ＲＡＭ连接，双口ＲＡＭ与微处理器ＩＩＩ相连，微处理器ＩＩＩ分别与运动控制芯片Ｉ和运动控制芯片ＩＩ相连，运动控制芯片Ｉ和运动控制芯片ＩＩ分别与电机驱动器、原点开关和限位开关相连，电机驱动器与电机相连，电机输出轴与机械臂相连。本实用新型专利技术具有重量轻、处理速度快、成本低、稳定性好、功能易扩展等特点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种机器人技术，尤其是一种嵌入式轻型机械臂控制器。
技术介绍
机械臂是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装 置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。机械臂能代替人类完成危 险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产率。机械臂越来越广泛地得到了应 用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、 组合机床上使用更普遍。目前机械臂控制系统一般分为两类一类采用工控机和控制卡，使用WINDOWS操 作系统，控制系统重量较重，机械臂算法处理速度慢，价格较高且系统不稳定；另一类采用 80系列单片机，控制系统硬件过于简单，功能难以扩展。
技术实现思路
本技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种重量轻、处理速度快、 成本低、稳定性好、功能易扩展的嵌入式轻型机械臂控制器。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案一种嵌入式轻型机械臂控制器，其特征在于包括相连接的示教盒控制器和嵌入 式主从DSP (数字信号处理器)控制器，所述示教盒控制器包括微处理器I，微处理器I分 别与人机接口单元和嵌入式主从DSP(数字信号处理器)控制器相连；所述嵌入式主从 DSP(数字信号处理器)控制器包括微处理器II和微处理器III，所述微处理器II分别与 微处理器I和双口 RAM连接，双口 RAM与微处理器III相连，微处理器III分别与运动控制 芯片I和运动控制芯片II相连，运动控制芯片I和运动控制芯片II分别与电机驱动器、原 点开关和限位开关相连，电机驱动器与电机相连，电机输出轴与机械臂相连。所述人机接口单元包括显示器和键盘。所述微处理器I与微处理器II通过串口通信连接。所述微处理器I、微处理器II和微处理器III均采用TMS320F2812芯片。所述微处理器II的数据总线、地址总线、控制总线与双口 RAM的左数据总线、地址 总线、控制总线相连，微处理器III的数据总线、地址总线、控制总线与双口 RAM的右数据总 线、地址总线、控制总线相连。所述微处理器III的数据总线、地址总线、控制总线分别与运动控制芯片I和运动 控制芯片II的数据总线、地址总线、控制总线相连。所述运动控制芯片I、运动控制芯片II均采用MCX314芯片。所述运动控制芯片I的脉冲输出口 1-4与步进电机驱动器的输入口 1-4相连，运 动控制芯片I原点信号采集口与原点开关的输出口 1-4相连，运动控制芯片I限位开关采 集口与限位开关的输出口 1-8相连；运动控制芯片II的脉冲输出口 1-3与步进电机驱动器的输入口 5-7相连，运动控制芯片II原点信号采集口与原点开关的输出口 5-7相连，运动 控制芯片II限位开关采集口与限位开关输出口 9-12相连。所述电机驱动器的输出采用正负脉冲形式，电机采用两相混合式步进电机。本技术的机械臂控制系统的结构采用主从式微处理器进行控制，微处理器II 作为主机，它担当系统管理、机械臂语言编译和人机接口功能，同时也利用它的运算能力完 成坐标变换、轨迹插补、运动学正解、运动学反解，并定时地把运算结果作为关节运动的增 量送到公共内存，供微处理器III读取它。微处理器III完成全部关节位置数字控制。它 从公共内存读给定值，也把各关节实际位置送回公共内存中，微处理器II使用。公共内存 是由容量为8KB的双口 RAM。这类系统的控制速率快，一般可达10ms。采用上述方案，本技术具有以下优点，一是自行设计的机械臂运动控器经实 验验证，可以满足机械臂控制要求，运行可靠、成本低廉可以作为机械臂运动控制器应用和 销售；二是嵌入式轻型机械臂自重轻、尺寸小、控制系统功耗低和尺寸小，适合移动操作操 作机器人的应用需要。三是嵌入式轻型机械臂可以实现复杂的直线插补、圆弧插补运动；四 是系统采用模块化设计，具有开放性、可读性、可扩展性、可维护性，以便持续开发。五是机 械臂运动控制器采用主从式微处理器，微处理器II实现运动学正反解、插补算法，微处理 器III实现运动控制，处理速度快。六是控制器带有驱动器控制接口、原点开关采集口、限 位开关采集口，功能齐全，位置精度高。附图说明图1是本技术总框图；图2是本技术示教盒硬件电路接口连接图；图3是本技术机械臂主控制板硬件接口连接图；图4是本技术机械臂从控制板硬件接口连接图；图5是本技术键盘示意图；图6是本技术机械臂示意图；图7是本技术原点搜索程序流程图；图8是本技术关节坐标系运动程序流程图；图9是本技术单轴运动子程序流程图；图10是本技术直角坐标系运动程序流程图；图11是本技术定时直角插补运动示意图；图12是本技术工具坐标系运动程序流程图；图13是本技术圆柱坐标系运动程序流程图；图14是本技术运动学反解示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。参见图1，一种嵌入式轻型机械臂的控制器，包括示教盒控制器和嵌入式主从DSP 控制器两部分。示教盒控制器由键盘模块、液晶显示模块、串口通信模块、微处理器I组成。 控制键盘的输出接微处理器I的输入，微处理器I的输入输出接液晶显示的输入输出，微处4理器I的串口与机械臂微处理器II的串口通信。嵌入式主从DSP控制器由微处理器II、 双口 RAM、微处理器III、运动控制芯片I、运动控制芯片II、光电开关处理电路、限位开关处 理电路、步进电机驱动模块、抱闸松开控制等组成。微处理器II的数据总线、地址总线、控 制总线与双口 RAM的左数据总线、地址总线、控制总线相连，双口 RAM的右数据总线、地址总 线、控制总线与微处理器III相连，微处理器III的数据总线、地址总线、控制总线与运动控 制芯片I、运动控制芯片II的数据总线、地址总线、控制总线相连，运动控制芯片I的脉冲输 出口 1-4与步进电机驱动器的输入口 1-4相连，运动控制芯片I原点信号采集口与原点开 关的输出口 1-4相连，运动控制芯片I限位开关采集口与限位开关的输出口 1-8相连，运动 控制芯片II的脉冲输出口 1-3与步进电机驱动器的输入口 5-7相连，运动控制芯片II原 点信号采集口与原点开关的输出口 5-7相连，运动控制芯片II限位开关采集口与限位开关 输出口 9-12相连。人机接口单元包括键盘和液晶显示，它们分别与微处理器I连接。微处理器I与微处理器II通过串口通信。微处理器I、微处理器II和微处理器III均采用TMS320F2812芯片。微处理器I采集键盘的数据指令，通过串口通信下发给微处理器II，运动速度、下 发指令、机械臂的位置通过液压模块显示。微处理器II与微处理器III通过双口 RAM进行数据交互。微处理器II的数据总 线、地址总线、控制总线与双口 RAM的左数据总线、地址总线、控制总线相连，微处理器III 的数据总线、地址总线、控制总线与双口 RAM的右数据总线、地址总线、控制总线相连。微处理器III的数据总线、地址总线、控制总线与运动控制芯片I、运动控制芯片 II的数据总线、地址总线、控制总线相连。运动控制芯片I、运动控制芯片II均采用MCX314芯片。运动控制芯片I输出的正、负脉冲信号控制步进电机驱动器1-4，运动控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式轻型机械臂控制器，其特征在于：包括相连接的示教盒控制器和嵌入式主从ＤＳＰ控制器，所述示教盒控制器包括微处理器Ⅰ，微处理器Ⅰ分别与人机接口单元和嵌入式主从ＤＳＰ控制器相连；所述嵌入式主从ＤＳＰ控制器包括微处理器Ⅱ和微处理器Ⅲ，所述微处理器Ⅱ分别与微处理器Ⅰ和双口ＲＡＭ连接，双口ＲＡＭ与微处理器Ⅲ相连，微处理器Ⅲ分别与运动控制芯片Ⅰ和运动控制芯片Ⅱ相连，运动控制芯片Ⅰ和运动控制芯片Ⅱ分别与电机驱动器、原点开关和限位开关相连，电机驱动器与电机相连，电机输出轴与机械臂相连。

【技术特征摘要】
一种嵌入式轻型机械臂控制器，其特征在于包括相连接的示教盒控制器和嵌入式主从DSP控制器，所述示教盒控制器包括微处理器I，微处理器I分别与人机接口单元和嵌入式主从DSP控制器相连；所述嵌入式主从DSP控制器包括微处理器II和微处理器III，所述微处理器II分别与微处理器I和双口RAM连接，双口RAM与微处理器III相连，微处理器III分别与运动控制芯片I和运动控制芯片II相连，运动控制芯片I和运动控制芯片II分别与电机驱动器、原点开关和限位开关相连，电机驱动器与电机相连，电机输出轴与机械臂相连。2.根据权利要求1所述的嵌入式轻型机械臂控制器，其特征在于所述人机接口单元 包括显示器和键盘。3.根据权利要求1所述的嵌入式轻型机械臂控制器，其特征在于所述微处理器I与 微处理器II通过串口通信连接。4.根据权利要求1所述的嵌入式轻型机械臂控制器，其特征在于所述微处理器I、微 处理器II和微处理器III均采用TMS320F2812芯片。5.根据权利要求1所述的嵌入式轻型机械臂控制器，其特征在于所述微处理器II的 数据总线、地址...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉良，戚晖，陈凡明，李健，
申请(专利权)人：山东电力研究院，
类型：实用新型
国别省市：88[中国|济南]