[发明专利]一种高性能工业机器人控制器

说明书

本发明公开了一种高性能工业机器人控制器，包括包括处理器单板、机器视觉单元、示教器、外部IO单元、抓手单元、外部传感器、电机驱动器；处理器单板包括ARM处理器单元、FPGA单元、电源模块、以太网接口A、以太网接口B、以太网接口C、以太网接口D、IO接口、CAN接口；本发明采用的机器人控制器小型化，不仅降低了成本，同时也能保证控制器的计算能力，具有较强的可扩展性、安全性高；同时机器人控制器方便扩展，同时包含三维机器视觉，能够获取目标的(X,Y,Z)信息,对目标的抓取更加精准，能够适用很多复杂的应用场景；而且机器人运动控制算法均衡分摊在ARM和FPGA中，有效的提高了机器人控制器的计算能力。

技术领域

本发明属于工业机器人控制领域，涉及机器人控制技术，具体是一种高性能工业机器人控制器。

背景技术

控制器作为工业机器人的重要核心部件之一，决定着机器人控制性能的优劣。工业应用高性能运动控制器，实现对工业机器人的位置、速度、加速度等运动控制功能，对于连续轨迹运动的工业机器人具有轨迹规划与控制功能，具有对外部环境包括作业条件的检测和感知功能，具有简便快捷的人机交互、示教与编程功能，工业以太网提供丰富灵活的外部设备控制通信接口，能够满足工业机器人的高动态响应，高精度的使用需求。

现有的工业机器人控制系统大多采用基于X86平台的控制器，具有计算能力强，性能稳定的优点，存在的缺点在于系统的可扩展性不强，难以适配工业机器人差异化的应用场景，价格较高。另外存在一种基于ARM的嵌入式平台控制器，虽然可以达到较高的精度，但是处理器的计算能力较差，对于一部分应用场景难以满足机器人的实时性的要求。

为了解决上述缺陷，现提供一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高性能工业机器人控制器。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高性能工业机器人控制器，包括处理器单板、机器视觉单元、示教器、外部IO单元、抓手单元、外部传感器、电机驱动器；

其中，处理器单板包括ARM处理器单元、FPGA单元、电源模块、以太网接口A、以太网接口B、以太网接口C、以太网接口D、IO接口、CAN接口；

其中FPGA单元与ARM处理单元之间通过高速链路连接，从ARM端出两路以太网接口、从FPGA处出两路以太网接口；CAN接口和IO接口分别与ARM处理器单元连接，电源模块提供处理器单板的电源；

其中，处理器单板的以太网接口B与示教器连接，以太网接口C与机器视觉单元连接，以太网接口A与电机驱动器连接，电机驱动器通过EtherCAT总线互联，电机驱动器控制电机，以太网接口D连接到局域以太网，IO接口与外部IO单元连接，CAN接口与抓手单元连接，外部传感器为连接在处理器单板外部的安全防护传感器。

进一步地，所述示教器用于对机器人进行示教，并获取机器人关键位置信息，通过示教器对机器人现场编程，设置机器人的运动过程；

关键位置信息为机器人工作原点和物料放置点。

进一步地，所述机器视觉单元用于获取目标的坐标信息，机器视觉单元为三维相机；机器视觉单元在获取目标的平面信息的同时获取目标的深度信息，通过深度信息获取目标距离机器人的高度Z，然后对平面信息进行图像分割，获取目标的(X,Y)坐标，从而得到目标的坐标信息(X,Y,Z)

对获取的目标的坐标信息(X,Y,Z)是基于三维相机的坐标系，机器视觉单元将获取的坐标信息(X,Y,Z)通过以太网接口B传输给处理器单板，在处理器单板内部将目标的(X,Y,Z)信息从相机坐标系转换到机器人坐标系，得到机器坐标信息；

机器人控制器在获取的目标的机器坐标信息后，在FPGA中完成机器人各轴角度正逆解求解和运动轨迹规划插值，即为机械臂运动学计算逆解的过程，得到插值数据；具体步骤为：