基于DSP和CPLD的開放式機(jī)器人控制器
一货裳、引言
機(jī)器人誕生以來,特別是工業(yè)機(jī)器人所采用的控制系統(tǒng)基本上是設(shè)計(jì)者基于自己的獨(dú)立結(jié)構(gòu)而開發(fā)的,它采用了專用的計(jì)算機(jī)春瞬、專用的機(jī)器人語言惫确、專用的操作系統(tǒng)、專用的微處理器伟蕾。這種專用的系統(tǒng)很難集成外部硬件和軟件,對這種封閉的系統(tǒng)進(jìn)行改造,基本上是不可能的私舱。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和機(jī)器人研究對機(jī)器人控制器開放性的要求越來越迫切。制造業(yè)要求工業(yè)機(jī)器人具有更大的柔性和更強(qiáng)大的編程環(huán)境,適應(yīng)不同的應(yīng)用場合和多品種小批量的生產(chǎn)配昼。研究人員為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的性能和智能水平,要求機(jī)器人控制器具有開放結(jié)構(gòu)和集成各種外部傳感器的能力菊舅。
在此,本文設(shè)計(jì)了一種基于DSP和CPLD的開放式機(jī)器人控制器。該控制器采用兩級控制結(jié)構(gòu)如癌。以通用IBM-PC作為上位機(jī),完成坐標(biāo)變換舆滞、軌跡生成等；以TI公司的TMS320LF2407數(shù)字信號處理器(DSP)和AItera公司的EPM7128SLC84-15復(fù)雜編程邏輯器件(CPLD)為核心,構(gòu)造了機(jī)器人的關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng),作為機(jī)器人控制器的下位機(jī)顿墨。該控制器充分應(yīng)用了DSP運(yùn)算的高速性和CPLD的高集成度,提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性服讯。
二、控制器硬件的設(shè)計(jì)
控制器的硬件結(jié)構(gòu)控制器采用模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),整個(gè)系統(tǒng)以IBM-PC為硬件平臺稼孤。IBM-PC作為上位計(jì)算機(jī),完成運(yùn)動(dòng)學(xué)求解授灵、軌跡規(guī)劃等功能,用一塊DSP運(yùn)動(dòng)控制卡對機(jī)器人的4關(guān)節(jié)進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算和伺服控制,采用PCI標(biāo)準(zhǔn)總線進(jìn)行上、下位機(jī)的通訊,實(shí)現(xiàn)雙速率運(yùn)行扇述〔厍祝控制箱面板提供了各關(guān)節(jié)工作狀態(tài)顯示及伺服報(bào)警提示,還可以對任一關(guān)節(jié)進(jìn)行手動(dòng)控制杯道。
系統(tǒng)的通訊在傳統(tǒng)的機(jī)器人控制器中,大多采用RS232和RS485進(jìn)行通訊,速度慢,誤碼率高,不能滿足機(jī)器人系統(tǒng)的高速性和穩(wěn)定性。在此,本文采用了PCI總線進(jìn)行通訊责蝠。PCI總線的主要優(yōu)點(diǎn)是性能高(數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)到132/264Mbps),總線通用性強(qiáng),成本低,使用方便靈活党巾。
系統(tǒng)通訊采用PLX9054接口芯片,結(jié)合雙口RAM,實(shí)現(xiàn)了DSP和PCI總線間的雙向高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。PCI總線與雙口RAM的數(shù)據(jù)交換,采用了定時(shí)傳送加握手信號的方式進(jìn)行霜医。具體實(shí)現(xiàn)如下昧港。
上位機(jī)每隔一個(gè)固定的時(shí)間T下傳一組數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)傳送完成后,發(fā)出一個(gè)發(fā)送完信號,下位機(jī)接受到這個(gè)數(shù)據(jù)后,立即從雙口RAM中讀取數(shù)據(jù)。下位機(jī)上傳數(shù)據(jù)也采用同樣的處理方式支子。這種方式特別適合于機(jī)器人控制系統(tǒng)的通訊。
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