本實用新型專利技術公開了一種基于RS485總線的嵌入式輕型機械臂控制系統，包括一機械臂嵌入式控制器、一示教器及至少一個節點裝置，所述機械臂控制器與示教器通信連接，所述機械臂嵌入式控制器與至少一個節點裝置通過4-20Mbps的RS485總線通信連接。本實用新型專利技術利用高速RS485總線的速度優勢提高控制頻率，同時采用嵌入式系統架構大大提升了控制系統的可靠性和成本優勢。
【技術實現步驟摘要】
本技術涉及一種機械臂控制系統，特別涉及一種基于RS485總線的嵌入式輕型機械臂控制系統。
技術介紹
輕型機械臂具有重量輕、便于移動、組合靈活、成本低廉的優點，非常適合多品種、小批量的現代生產方式，并且均采用模塊化組合方式，具有批量生產的優勢。現有輕型機械臂控制系統大多采用基于PC的上位機控制器和CAN總線，由于PC機成本及功耗、散熱等問題以及CAN總線的多主多從網絡邏輯結構，在應用于輕型機械臂的控制時，并不十分理想。以CAN為例，一個6軸機械臂，外加2個通用1模塊，合計8個節點，每個節點數據量為8字節，CAN通訊報文大約為110位，即便按照CAN總線最快的IMbps計算，完整的一次8節點通信，至少需要2毫秒。實際工作中，由于考慮可靠性和CAN總線沖突避讓問題，一般需要4至5毫秒。不但難以實現高精度的力矩控制，連高精度的高速軌跡控制都難以實現。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種基于RS485總線的嵌入式輕型機械臂控制系統，利用高速RS485總線的速度優勢提高控制頻率，同時采用嵌入式系統架構大大提升了控制系統的的可靠性和成本優勢。為了實現上述目的，本技術提供了以下技術方案:一種基于RS485總線的嵌入式輕型機械臂控制系統，其特征在于，包括一機械臂嵌入式控制器、一示教器及至少一個節點裝置，所述機械臂控制器與示教器通信連接，所述機械臂嵌入式控制器與至少一個節點裝置通過4-20Mbps的RS485總線通信連接。優選的，所述機械臂嵌入式控制器包括一嵌入式處理器、一可編程邏輯核心的RS485協議處理芯片和一 RS485高速隔離收發器。優選的，所述嵌入式處理器采用Freescale的MCHMX6Q6AVT10AC多核嵌入式處理器，所述可編程邏輯核心的RS485協議處理芯片采用Altera的EP4CE6E22I7可編程邏輯芯片，所述RS485高速隔離收發器采用IS03088芯片。優選的，所述節點裝置由節點模塊和應用模塊構成，所述節點模塊包括一可編程邏輯器件核心的RS485協議處理芯片和一 RS485高速隔離收發器，所述應用模塊為伺服驅動模塊、數字輸入輸出模塊或模擬輸入輸出模塊。優選的，所述可編程邏輯核心的RS485協議處理芯片采用Lattice的iCE40LPlK可編程邏輯芯片，所述RS485高速隔離收發器采用IS03088芯片。優選的，所述節點模塊和應用模塊之間采用并行總線和串行總線通信。優選的，所述伺服驅動模塊采用ST的STM32F405RG處理器芯片。優選的，所述機械臂嵌入式控制器通過LVDS信號傳送人機界面顯示信息到示教器顯示，同時示教器的鍵盤和觸摸輸入信息通過RS422總線傳輸到機械臂嵌入式控制器。優選的，其特征在于，所述RS485總線采用1Mbps通信速率。優選的，其特征在于，所述節點裝置為1-32個。與現有技術相比，本技術的有益效果:1.本技術的控制系統性能優越，由于采用了可高達1Mbps的高速RS485總線，并使用FPGA和CPLD加速協議處理，使控制周期由4-5毫秒縮短到I毫秒以內，同時節點數量可以增加至32個，具有良好的擴展能力；2.本技術的控制系統采用實時嵌入式系統的控制器核心，使控制器軟件和示教器軟件運行于同一個多核處理器上，免去了示教器的復雜設計、簡化了控制器和示教器之間復雜的通信協議，不但提高了可靠性，而且成本更加低廉。【附圖說明】圖1為本技術的嵌入式輕型機械臂控制系統結構圖圖2為本技術的機械臂嵌入式控制器結構圖圖3為本技術節點的節點模塊結構圖【具體實施方式】下面結合試驗例及【具體實施方式】對本技術作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本技術上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
技術實現思路
所實現的技術均屬于本技術的范圍。本專利技術的體系結構如圖1所示，由3大組成部分構成:機械臂控制器本體，示教器和節點，節點數量與機械臂軸數及1數量有關，最大節點由RS485通信速率決定，當RS485總線運行于1Mbsp時，節點可達32個。如圖2所示，控制器本體由兩部分核心組成:基于Freescale公司MCIMX6Q6AVT10AC多核嵌入式處理器的核心控制電路及基于Altera公司EP4CE6E22I7現場可編程門陣列的RS485通信協議加速處理單元。MCHMX6Q6AVT10AC運行實時Linux操作系統及機器人運動控制相關算法和I/O邏輯處理軟件，以及基于QT環境的人機界面軟件，上述操作系統以及相關算法和軟件均為本領域所公知的，在此不做贅述。人機界面的顯示信息通過LVDS信號傳送到示教器顯示，同時示教器的鍵盤、觸摸等輸入信息通過RS422總線傳輸到控制器本體。運動控制和I/O控制相關信息由處理器傳送到FPGA后，FPGA對數據打包、傳輸，并自動接收來自各節點的應答數據包，存放到內部緩沖區供處理器讀取。FPGA對發送數據打包后，變為Ibit數據流，經過進入高速隔離RS485收發器IS03088。IS03088最高隔離、收發速度為20Mbps，完全滿足1Mbps的要求。示教器負責顯示人機界面信息，并將用戶按鍵信息傳送給控制器，由于控制器采用的是實時操作系統，因此示教器只有LVDS到液晶屏使用的TTL信號的轉換電路，結構簡單，可靠性高。節點分為若干種類型，最基本的是控制電機用的伺服驅動節點，然后是通用數字輸入輸出節點和模擬輸入輸出節點等。雖然節點具體功能不同，但是均由兩個部分構成??節點模塊和應用模塊。各個節點使用相同的節點模塊，都由高速隔離RS485收發器IS03088及Lattice公司的iCE40LPlK-QN84復雜可編程邏輯器件組成。iCE40LPlK_QN84負責接收總線上的數據，并判斷是否為發送給本節點的數據，然后將本節點狀態或者輸入信息發送到總線上以供控制器接收。iCE40LPlK-QN84收發的數據，最終由節點上的處理器來進行處理。節點模塊和應用模塊之間使用并行和串行總線通信，并且采用開放式協議，用戶可以自己設計制造符合標準的應用模塊。節點的應用模塊，根據最終應用不同分為幾類，如驅動直流無刷電機的低壓電機驅動模塊、實現數字量輸入輸出的數字I/O模塊、實現模擬量輸入輸出的模擬I/O模塊等。節點處理器選用ST公司的STM32F4系列處理器STM32F405RG，主頻168MHz，帶有單精度浮點指令，非常適合電機驅動。同時其封裝為QFP64，體積小，配合QFN84封裝的iCE40LPlK-QN84，節點的主要控制部分電路集成度高、占用電路板面積小，非常適合空間狹窄的電機/驅動一體化設計。為提高控制器通信效率，減少處理器時間消耗，RS485總線采用時間按分段的通信方式，每個節點只能再規定時間內通信，因此使用控制器端的FPGA和節點端的CPLD來加速協議處理，在協議處理過程中不需要CPU介入，只有協議處理完畢后，FPGA或者CPLD才產生中斷邏輯，通知CPU進行數據處理。采用可編程邏輯器件進行RS485協議處理屬于本領域所公知的，在此不做贅述。【主權項】1.一種基于RS485總線的嵌入式輕型機械臂控制系統，其特征在于，包括一機械臂嵌入式控制器、一示教器及至少一個節點裝置，所述機械臂控制本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于RS485總線的嵌入式輕型機械臂控制系統，其特征在于，包括一機械臂嵌入式控制器、一示教器及至少一個節點裝置，所述機械臂控制器與示教器通信連接，所述機械臂嵌入式控制器與至少一個節點裝置通過4?20Mbps的RS485總線通信連接。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫愷，劉淼，曹宇男，魏巍，
申請(專利權)人：南通艾利特自動化有限公司，南通產業技術研究院有限公司，
類型：新型
國別省市：江蘇;32
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