[发明专利]一种主从协同的运动控制系统

说明书

本发明公开了一种主从协同的运动控制系统，包括一个用于负责机器人运动控制算法、轨迹规划、总线通信以及高速数据交互和控制数据处理的主运动控制器，以及多个用于独立控制对应电机运行的从运动控制器。主运动控制器与各个从运动控制器之间通过第一通信模块连接，协同向电机的伺服驱动器发送控制命令。本发明采用主运动控制器和从运动控制器协同工作的方式，在保证控制数据高速实时收发的情况下，降低MCU主控模块的工作负荷，具有控制实时性高、可拓展性能好、系统构建灵活的优点，非常适用于多轴机器人的运动控制。

技术领域

本发明涉及机器人运动控制器技术领域，具体地说是一种主从协同的运动控制系统。

背景技术

近年来，随着机器人产业的高速发展，运动控制器已广泛应用于工业机械臂、关节机器人、服务机器人等机器人控制领域。运动控制器一般分为两种：嵌入式运动控制系统和基于PC的运动控制系统。嵌入式运动控制系统体积小，成本较低，但运算能力和存储空间有限，可拓展性相对较差。基于PC的运动控制系统成本较高昂，要求PC自身有极高的稳定性，高度依赖高速实时总线的支持，控制轴数较多时有可能会造成通信线路的过饱和，而且对底层控制存在一些不足。

发明内容

本发明针对现有控制器存在的问题，结合嵌入式运动控制器和基于PC的运动控制系统各自的优点，提供了一种主从协同的运动控制系统，采用主运动控制器和从运动控制器协同工作的方式，采用Ethernet/CAN总线/WIFI等通信方式与上位机进行数据交互，在保证控制数据高速实时收发的情况下，降低MCU主控模块的工作负荷。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种主从协同的运动控制系统，包括一个用于负责机器人运动控制算法、轨迹规划、总线通信以及高速数据交互和控制数据处理的主运动控制器，以及多个用于独立控制对应电机运行的从运动控制器。主运动控制器与各个从运动控制器之间通过第一通信模块连接，协同向电机的伺服驱动器发送控制命令。

上述的主运动控制器设有MCU主控模块、与MCU主控模块相连接的电源模块和存储模块，电源模块用于给主运动控制器提供工作电源，存储模块用于保存数据、控制器参数和程序等。第一通信模块为双口RAM或SPI总线模块，双口RAM和SPI模块分别与从运动控制器对应的双口RAM和SPI模块进行实时数据交互。当数据量较大，实时性要求很高时，优先采用双口RAM通信方式，其他情况可使用SPI总线通信。

上述的主运动控制器设有与上位机PC进行高速通信的第二通信模块，上位机与主运动控制器和从运动控制器协同向电机的伺服驱动器发送控制信号。每一轴的运动控制算法、轨迹规划和复杂的数据处理程序可由主运动控制器、从运动控制器和上位机三者共同完成。其中，以主运动控制器MCU主控模块为核心，采用二级MCU协同控制加上位机CPU协助处理的方式，有效地降低了每个MCU主控模块的工作负荷，提高了多轴运动控制的实时性。

上述的第二通信模块为Ethernet模块、CAN通信模块和WIFI模块中的任意一种或组合。Ethernet模块和CAN通信模块用于主运动控制器与上位机PC进行有线通信。WIFI模块用于主运动控制器通过无线路由器与上位机进行WIFI无线通信。以上三种通信方式可以根据实际需要选择使用。

每个上述的从运动控制器设有MCU主控模块、电源模块、存储模块、接收电机端信号的编码器接口模块、以及向伺服驱动器发送控制信号的信号输出模块。

上述的从运动控制器设有用于将采集的模拟信号转换成数字信号并输入其MCU主控模块进行处理的AD模块、以及用于处理数字量输入/输出信号的DI/DO模块。

上述的信号输出模块为用于输出模拟量信号的DA模块或用于输出频率可调的PWM信号的PWM模块。从运动控制器通过DA模块或PWM模块连接伺服驱动器的控制信号输入端口，来控制电机运行。DA模块可输出±10V的模拟量信号，PWM模块可输出频率可调的PWM信号。根据实际的电机控制需求，如速度模式、转矩模式或位置模式来选择DA模块或PWM模块控制电机。