專利名稱:一種碼垛搬運機器人的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種碼垛搬運機器人的控制系統(tǒng)，包括ARM上位機、CPLD運動控制電路、DSP數(shù)據(jù)處理電路、伺服電機驅(qū)動器和伺服電機，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用具有三核控制器的控制系統(tǒng)，分模塊化工作，結(jié)合三個微處理器各自特性，發(fā)揮其優(yōu)勢，分工處理整個控制過程，與傳統(tǒng)的PLC和單片機控制的碼垛搬運機器人相比，動作響應速度快，位置控制更為精確，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，碼垛效率大大提升。同時采用多關(guān)節(jié)的機器人操作，運作靈活，工作范圍也進一步擴大，具有推廣應用的價值。
【專利說明】一種碼垛搬運機器人的控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種機械設備電子控制系統(tǒng)，尤其涉及一種碼垛搬運機器人的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]碼垛搬運機器人是將輸送裝置輸送來的物件，按一定排列方式碼放在托盤、棧板(木質(zhì)、塑膠)或移動平臺等可便于運輸?shù)脑O備上，按照客戶工藝要求的工作方式自動堆疊成垛的高技術(shù)自動化裝備。當前市場上的碼垛機器人多采用PLC或單片機進行控制，靈活性差，精度不高，運作速度較慢，工作范圍局限，因此需要一種新的控制系統(tǒng)誕生。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種碼垛搬運機器人的控制系統(tǒng)。
[0004]本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:
[0005]本實用新型包括ARM上位機、CPLD運動控制電路、DSP數(shù)據(jù)處理電路、伺服電機驅(qū)動器和伺服電機，所述ARM上位機的信號傳輸端與所述DSP數(shù)據(jù)處理電路的信號傳輸端連接，所述DSP數(shù)據(jù)處理電路與所述CPLD運動控制電路之間通過雙口 RAM連接，所述CPLD運動控制電路的控制信號傳輸端與所述伺服電機驅(qū)動器的控制信號傳輸端連接，所述伺服電機驅(qū)動器的控制信號輸出端與所述伺服電機的控制信號輸入端連接，所述伺服電機的反饋信號輸出端與所述伺服電機驅(qū)動器的反饋信號輸入端連接，所述伺服電機的編碼器信號輸出端與所述CPLD運動控制電路的編碼器信號輸入端連接。
[0006]進一步，所述伺服電機驅(qū)動器和所述伺服電機均為多個，一個所述伺服電機和一個所述伺服電機驅(qū)動器組成一組驅(qū)動裝置，每組所述驅(qū)動裝置之間并聯(lián)連接。
[0007]具體地，所述ARM上位機和所述DSP數(shù)據(jù)處理電路之間通過RS485總線連接；所述ARM上位機為ARM系列處理器。
[0008]本實用新型的有益效果在于:具有多任務處理功能、二次開發(fā)性能、人機界面交互性能和通用性。
[0009]本實用新型是一種碼垛搬運機器人的控制系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用具有三核控制器的控制系統(tǒng)，分模塊化工作，結(jié)合三個微處理器各自特性，發(fā)揮其優(yōu)勢，分工處理整個控制過程，與傳統(tǒng)的PLC和單片機控制的碼垛搬運機器人相比，動作響應速度快，位置控制更為精確，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，碼垛效率大大提升。同時采用多關(guān)節(jié)的機器人操作，運作靈活，工作范圍也進一步擴大，具有推廣應用的價值。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的總體框架圖；
[0011]圖2是本實用新型的系統(tǒng)編輯指令構(gòu)架圖；
[0012]圖3是本實用新型的系統(tǒng)處理方式流程圖；
[0013]圖4是本實用新型系統(tǒng)中DSP運動規(guī)劃流程圖；
[0014]圖5是本實用新型系統(tǒng)中CPLD構(gòu)架流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0016]如圖1所示:本實用新型包括ARM上位機、CPLD運動控制電路、DSP數(shù)據(jù)處理電路、伺服電機驅(qū)動器和伺服電機，所述ARM上位機的信號傳輸端與所述DSP數(shù)據(jù)處理電路的信號傳輸端連接，所述DSP數(shù)據(jù)處理電路與所述CPLD運動控制電路之間通過雙口 RAM連接，所述CPLD運動控制電路的控制信號傳輸端與所述伺服電機驅(qū)動器的控制信號傳輸端連接，所述伺服電機驅(qū)動器的控制信號輸出端與所述伺服電機的控制信號輸入端連接，所述伺服電機的反饋信號輸出端與所述伺服電機驅(qū)動器的反饋信號輸入端連接，所述伺服電機的編碼器信號輸出端與所述CPLD運動控制電路的編碼器信號輸入端連接。
[0017]進一步，所述伺服電機驅(qū)動器和所述伺服電機均為多個，一個所述伺服電機和一個所述伺服電機驅(qū)動器組成一組驅(qū)動裝置，每組所述驅(qū)動裝置之間并聯(lián)連接。從而實現(xiàn)對每個運動關(guān)節(jié)的控制。
[0018]具體地，所述ARM上位機和所述DSP數(shù)據(jù)處理電路之間通過RS485總線連接；所述ARM上位機為ARM系列處理器。
[0019]本實用新型的工作原理如下:
[0020]PC機編寫G代碼形式的指令，最終生成一串二進制文件下發(fā)到ARM上位機中去，ARM上位機通過對二進制代碼的解析，得到結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)包并發(fā)送給CPLD運動控制電路，DSP數(shù)據(jù)處理電路進行插補和速度控制，處理完成將返回給ARM上位機完成指令，DSP數(shù)據(jù)處理電路將數(shù)據(jù)放在雙口 RAM中，CPLD運動控制電路讀取雙口 RAM數(shù)據(jù)進行相應的脈沖輸出和I/O 口的控制，伺服驅(qū)動器根據(jù)輸入的差分信號脈沖驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，伺服電機上的正交編碼器反饋信號給CPLD運動控制電路，CPLD運動控制電路會送回給DSP數(shù)據(jù)處理電路。
[0021]如圖2所示，為了使得碼垛機器人具有通用性和用戶能夠進行二次開發(fā)，做了一些特殊的指令，類似于CNC系統(tǒng)中的G代碼，PC上位機編程好以后通過TCP/IP、USB/U盤以及串口把程序文件下載在ARM9中，ARM9主要取得用戶的編寫的文件后進行解析，然后將解析好的數(shù)據(jù)打包成結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)通過串口 /RS485下載到DSP芯片中，DSP數(shù)據(jù)處理電路讀取各種命令字和G代碼解析后運行BLOCK來進行運動規(guī)劃調(diào)用各種算法，運行各種算法的同時，將算法輸出的結(jié)果發(fā)給CPLD運動控制電路，CPLD運動控制電路最終發(fā)送脈沖給各個伺服電機進行工作。
[0022]本實用新型手動操作時，用戶的各種輸入都會組織成相應的命令數(shù)據(jù)包發(fā)送給DSP數(shù)據(jù)處理電路，然后DSP數(shù)據(jù)處理電路會自動識別這些命令，根據(jù)使用者的動作以及命令程序語句的要求進行坐標變換、軌跡規(guī)劃及插補運算然后計算出各軸電機的相對于絕對坐標或者相對坐標的位置，隨后把與設定點相應的下一級各關(guān)節(jié)位置向伺服控制電機發(fā)出，然后直接發(fā)送給CPLD運動控制電路運行，實現(xiàn)對每個關(guān)節(jié)運動的控制和協(xié)調(diào)作用。
[0023]如圖3和圖4所示，DSP數(shù)據(jù)處理電路要不斷的去查詢是否有控制脈沖的任務，如果沒有什么也不做，如果接收到ARM9發(fā)送過來的任務結(jié)構(gòu)體，則通過結(jié)構(gòu)體中的命令，進行相應的解釋和參數(shù)檢查和運動規(guī)劃，確定是梯形速度控制還是S曲線速度控制。然后進行運動和速度規(guī)劃，規(guī)劃完成后啟動插補周期，每個周期發(fā)送任務結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)給CPLD運動控制電路，CPLD運動控制電路必須在相應的插補周期內(nèi)運行完成相應的脈沖輸出任務。
[0024]在DSP數(shù)據(jù)處理電路上建立六個任務結(jié)構(gòu)體緩沖隊列，這六個緩存隊列分別對應六個軸的運動輸出的任務，通過雙口 RAM的最高兩個地址來控制將要進行哪些軸的任務的運行。CPLD運動控制電路端讀取雙口 RAM中的最高兩位的地址，可以知道哪些任務結(jié)構(gòu)體更新過了需要運行。CPLD運動控制電路運行結(jié)束的時候同樣需要對雙口 RAM的最高地址進行寫操作，DSP數(shù)據(jù)處理電路會周期性的讀取雙口 RAM的最高地址數(shù)據(jù)，來確認那些軸的任務運行已經(jīng)完成將任務隊列里面的數(shù)據(jù)寫入到雙口 RAM中去，同時更新雙口 RAM最高地址的數(shù)據(jù)。
[0025]如圖5所示，CPLD運動控制電路部分的程序設計主要是根據(jù)DSP和雙口 RAM的特點，設計了當DSP數(shù)據(jù)處理電路插補算法和速度控制算法算出對各個軸的操作任務數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體，然后把DSP數(shù)據(jù)處理電路對應軸的任務彈出到雙口 RAM對應軸的緩存區(qū)域中去。寫入需要運動軸數(shù)據(jù)任務結(jié)構(gòu)體以后就會寫最高兩個半字的數(shù)據(jù)，寫完以后雙口 RAM的中斷引腳就會對CPLD運動控制電路產(chǎn)生一個中斷，CPLD接收到中斷就會到雙口 RAM去中取任務緩存，六個軸的任務全部查詢完以后一起對對應軸發(fā)脈沖。
[0026]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征及本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種碼垛搬運機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于:包括ARM上位機、CPLD運動控制電路、DSP數(shù)據(jù)處理電路、伺服電機驅(qū)動器和伺服電機，所述ARM上位機的信號傳輸端與所述DSP數(shù)據(jù)處理電路的信號傳輸端連接，所述DSP數(shù)據(jù)處理電路與所述CPLD運動控制電路之間通過雙口 RAM連接，所述CPLD運動控制電路的控制信號傳輸端與所述伺服電機驅(qū)動器的控制信號傳輸端連接，所述伺服電機驅(qū)動器的控制信號輸出端與所述伺服電機的控制信號輸入端連接，所述伺服電機的反饋信號輸出端與所述伺服電機驅(qū)動器的反饋信號輸入端連接，所述伺服電機的編碼器信號輸出端與所述CPLD運動控制電路的編碼器信號輸入端連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼垛搬運機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述伺服電機驅(qū)動器和所述伺服電機均為多個，一個所述伺服電機和一個所述伺服電機驅(qū)動器組成一組驅(qū)動裝置，每組所述驅(qū)動裝置之間并聯(lián)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼垛搬運機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述ARM上位機和所述DSP數(shù)據(jù)處理電路之間通過RS485總線連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碼垛搬運機器人的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述ARM上位機為ARM系列處理器。
【文檔編號】G05D1-02GK204287965SQ201420784858
【發(fā)明者】姜樹海, 朱亞榮, 張楠, 李蕾, 黃天樂, 李俊 [申請人]南京林業(yè)大學