专利名称：现场总线位置控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及工业机器人位置控制装置，具体地说为一种在机器人系统 和机器人生产线上使用的、用于控制机器人各个关节运动使整个机器人系 统完成指定动作的功能单元-现场总线位置控制装置。
背景技术：
在现有的机器人系统中，现场总线的位置控制普遍釆用并行总线结构。 这种结构使得机器人控制柜布线相对复杂，不易于扩展和在机器人生产线 上应用。在一些有特殊要求的场合需要重新设计电控部分，此外复杂的并 行总线布线使系统容易受到外界干扰。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的是提供一种现场总线位置控制装置, 它釆用串行总线新结构，具有原有结构的全部功能，并具有布线简单，易 于扩展，抗千扰能力强集成度高等特点，易于扩展和在机器人生产线上应 用。
为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案为基 于现场总线的串行总线结构，釆用脉冲发送方式，对六个位置轴进行控制； 其结构包括
单片机，通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器、程序存储器、 串口控制器、逻辑I/0译码器、数据总线驱动器、控制信号转换器及脉冲发 生单元通信；
数据存储器，通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并通过 数据总线与数据总线驱动器相连；
程序存储器，通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
逻辑I/O译码器，通过控制信号、地址线直接与单片机相连，所译出的 逻辑控制信号作为数据总线驱动器的输入信号与脉冲控制单元及脉冲发生 单元相连；
数据总线驱动器，通过数据总线与单片机、数据存储器、程序存储器、 脉冲发生单元、脉冲控制单元、以及逻辑I/0译码器通信；
控制信号转换器，安装在单片机与现场总线驱动器之间，适配用；
现场总线控制器，所述现场总线控制器以控制信号转换器的输出信号
为输入信号，输出经串行现场总线控制器通过现场总线驱动器至现场总线；
逻辑i/o译码器，所述逻辑i/o译码器接收单片机的控制信号，所译出 的选通信号与数据总线驱动单元的数据完成脉冲频率的设定，输出至脉冲 控制单元；
位置输入单元，接收外部伺服驱动系统的差分信号，输出转换为ttl 逻辑电平信号，与单片机通信，完成位置信号的转换；
脉冲发生单元，用于产生六轴控制脉冲，经数据总线通过数据总线驱 动器、逻辑I/0译码器接收来自单片机的输入信号，输出至脉冲控制单元；
脉冲控制单元，所述脉冲控制单元接收脉冲发生单元的输出信号以及 数据总线驱动单元、地址总线和控制总线上的信号，通过数据总线驱动单 元、地址总线及控制总线上的信息，对六轴脉冲发生单元产生的脉冲进行 控制并与位置脉冲输出单元通信；
位置脉冲输出单元，以六路形式与外部伺服驱动系统电连接，形成六 轴位置脉冲的控制输出；
串口控制器，直接与单片机的串行接口相连，为对外设置的连接接口。
其中所述数据总线驱动器由第一 二总线驱动器组成，第一 二总线驱 动器通过数据总线分别与单片机，数据存储器，程序存储器，脉冲发生单 元，脉冲控制举元以及逻辑I/0译码器相连；
所述控制信号转换器一端通过控制信号、数据、地址总线与单片机相 连，另一端与现场总线控制器相连；
脉冲发生单元由第一 四脉冲发生器脉冲发生器并联构成，四个脉冲发 生器的输入端一方面与数据总线驱动单元相连；同时与逻辑I/0译码器的输 出端相连，输出端组成六路ttl串信号分别送至脉冲控制单元；
所述脉冲控制单元由第五 七脉冲控制器构成，三个脉冲控制器输入端 与脉冲发生单元的第一 四脉冲发生器的六路输出信号以两两一组方式相 连，其输出端将ttl逻辑电平信号转换为差分信号，与位置脉冲输出装置 连接；
所述位置脉冲输出单元由第四 六、七 九电路转换器组成，输入端接 收脉冲控制单元的输出信号，输出端与外部伺服驱动系统电连接；
所述串口控制器由第一 三串口控制器组成，其第一串口控制器、第二
串口控制器一方面直接与单片机的串行接口相连，另一方面对外设置一个
接口，第三串口控制器位于单片机内，对外接至位置输入单元；
所述脉冲输入单元由第一 三电路转换器构成，第一~三电路转换器直 接与外部伺服驱动系统电相连，将差分信号转换为ttl逻辑电平信号，输
出经第三串口控制器与单片机相连接。
本发明具有如下有益效果
1. 本发明通过串行的布线方式，简化了原来并行布线的复杂度，可作 为机器人各个关节的位置控制或其他设备位置控制，特别是可适用于一些 有特殊要求的场合的电控部分设计结构。
2. 本发明采用串行布线，减少了布线数量，即减少了线间干扰，增强 了系统的抗干扰能力。
3. 由于本发明釆用现场总线连接方式，在现场总线所允许节点数量的 范围内可以实现方便配置，进行相应的软件调整，又不需要重新进行电器 硬件的重新设置，减少了开发周期。
4. 本发明通过采用脉冲发送方式实现位置控制，使得系统能够在体积 较小的空间内实现对六个位置轴进行控制，使整个控制系统的集成度大幅 度提高。
图1为本发明控制装置总体结构图。
图2为图1中CPU系统电路原理图。
图3为图1中总线驱动和地址译码原理图。
图4为图1中六轴脉冲控制单元原理图。
图5为图1中六轴脉冲发生单元原理图。
图6为图l中位置脉冲输出装置与位置输入装置原理图。
图7为图1中现场总线通讯电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-7所示，本发明为基于现场总线的串行总线结构，采用脉冲发送 方式，对六个位置轴进行控制；具体包括
如图1、 2、 3、 7所示，单片机Dl,通过数据、地址总线、控制信号 与数据存储器、程序存储器、串口控制器、逻辑i/o译码器、数据总线驱动 器、控制信号转换器及脉冲发生单元通信；
如图1、 2所示，数据存储器D4，通过数据、地址总线、控制信号与 单片机D1相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
如图1、 2所示，程序存储器D5，通过数据、地址总线、控制信号与 单片机D1相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
如图1、 2所示，逻辑I/0译码器D6，通过控制信号、地址线直接与单 片机D1相连，所译出的逻辑控制信号作为数据总线驱动器的输入信号与脉 冲控制单元及脉冲发生单元相连；
如图1、 3-5所示，数据总线驱动器，由第一 二总线驱动器D7 D 8组 成，第一 二总线驱动器D7 D8 ，通过数据总线与单片机D1、数据存储 器D4、程序存储器D5、脉冲发生单元、脉冲控制单元、以及逻辑I/0译码 器D6通信；
如图l、 7所示，控制信号转换器D25,安装在单片机D1与现场总线 驱动器之间，适配用；所述控制信号转换器D25—端通过控制信号、数据、 地址总线与单片机D1相连，另一端与现场总线控制器D26相连；
如图l、 4-5所示，现场总线控制器，所述现场总线控制器D26以控制 信号转换器D25的输出信号为输入信号，输出经串行现场总线控制器通过 现场总现驱动器至现场总线；
如图l、 4-5所示，逻辑I/0译码器D6，接收单片机D1的控制信号， 所译出的选通信号与数据总线驱动单元的数据完成脉冲频率的设定，输出 至脉冲控制单元；
如图1、 6所示，位置输入单元，由第一 三电路转换器D19 D21构成， 第一 三电路转换器D19 D21直接与外部伺服驱动系统的控制接口相连， 将差分信号转换为TTL逻辑电平信号，经第三串口控制器接至单片机D1、 与单片机通信，完成位置信号的转换；
如图l、 4-5所示，脉冲发生单元，用于产生六轴控制脉冲，经数据总 线通过数据总线驱动器、逻辑I/0译码器接收来自单片机D1的输入信号， 输出至脉冲控制单元；具体结构由第一 四脉冲发生器D12 D15脉冲发生 器构成，并联连接，每个脉冲发生器有三组信号输出，两两一组构成六路 输出信号；四个脉冲发生器的输入端一方面与数据总线驱动单元相连；同 时与逻辑I/O译码器D6的输出端相连，输出端组成六路TTL串信号分别送 至脉冲控制单元。
如图l、 5所示，脉冲控制单元，接收脉冲发生单元的输出信号以及数 据总线驱动单元、地址总线和控制总线上的信息，通过数据总线驱动单元、 地址总线及控制总线上的信息，对六轴脉冲发生单元产生的脉冲进行控制； 脉冲控制单元由第五 七脉冲控制器D9 D11构成，三个脉冲控制器输入端 与脉冲发生单元的第一 四脉冲发生器D12 D15的六路输出信号(两两一 组)相连，并与数据总线驱动单元、地址总线以及控制总线相连，其输出 端将TTL逻辑电平信号转换为差分信号，与位置脉冲输出装置连接。
如图l、 6所示，位置脉冲输出单元，与外部伺服驱动系统电连接，通
过六轴脉冲控制信号控制伺服驱动系统；所述位置脉冲输出单元由第四 六、七 九电路转换器D16 D18、 D22 D24组成，输入端接收脉冲控制单
元的输出信号，输出端与外部伺服驱动系统电连接，实现六轴位置脉冲的控制输出；
如图l-2所示，串口控制器，由第一 三串口控制器组成，其第一串口 控制器D2 (釆用RS232)、第二串口控制器D3 (采用RS485 ) —方面直接 与单片机D1的串行接口相连，另一方面对外设置一个接口，第三串口控制 器位于单片机D1内，对外接至位置输入单元。
本发明具体工作过程及原理为
单片机Dl与程序存储器D5、数据存储器D4组成嵌入式计算机基本 系统，执行应用程序，通过现场总线控制器D26及控制信号转换器D25完 成与现场总线上其他计算机系统的数据交换，也可根据需要通过第一或二 串口控制器D2或D3实现通讯；逻辑I/O译码器D6主要完成对外围设备 的地址分配和译码；脉冲发生单元的第一脉冲发生器D12，第二脉冲发生器 D13,第三脉冲发生器D14和第四脉冲发生器D15的一端与总线驱动单元的 第一数据总线驱动器D7和第二数据总线驱动器D8相连，总线驱动单元的 第一数据总线驱动器D7和第二数据总线驱动器D8与单片机Dl数据总线 相连，并由单片机D1通过数据总线驱动单元的第一总线驱动器D7和第二 总线驱动器D8完成对脉冲发生单元初始化，产生指定频率与数量的脉冲； 并通过脉冲控制单元的第一脉冲控制器D9、第二脉冲控制器D10和第三脉 冲控制器D11进行控制，实现对六个伺服电机的六轴位置控制；位置脉冲 输出单元通过第四 六及七 九电路转换器D16 D18及D22 D24控制伺服 电机驱动器实现位置控制。
本实施例所述单片机Dl可以釆用AT9140800，数据存储器D4可以釆 用61LV25616，程序存储器D5可以采用49BV160、逻辑I/0译码器D6可 以采用EPM7032、控制信号转换器D25可以采用EPM7032、第一 二总线 驱动器D7 D8可以采用74HC245，现场总线控制器D26可以采用SJ1000T, 脉冲控制单元的第五 七脉冲控制器D9 D11可以采用EPM7064,脉冲发生 单元的脉冲发生器可以采用MC8254，脉冲输出单元的第七 九电路转换器 D22 D24可以采用MC3487，位置输入单元的电路转换器可以采用 MC3486。
脉冲发生单元产生指定的频率与数量的位置脉冲，经过位置脉冲控制 单元控制经过位置输出转换装置输出，以达到位置控制的目的。
本发明能完成通用的位置控制操作，减少了布线的复杂程度，具有抗干扰能力强，实用、可靠、通用和便于扩展的特点。
权利要求
1.一种现场总线位置控制装置，其特征在于为基于现场总线的串行总线结构，采用脉冲发送方式，对六个位置轴进行控制；其结构包括单片机，通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器、程序存储器、串口控制器、逻辑I/O译码器、数据总线驱动器、控制信号转换器及脉冲发生单元通信；数据存储器，通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；程序存储器，通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；逻辑I/O译码器，通过控制信号、地址线直接与单片机相连，所译出的逻辑控制信号作为数据总线驱动器的输入信号与脉冲控制单元及脉冲发生单元相连；数据总线驱动器，通过数据总线与单片机、数据存储器、程序存储器、脉冲发生单元、脉冲控制单元、以及逻辑I/O译码器通信；控制信号转换器，安装在单片机与现场总线驱动器之间，适配用；现场总线控制器，所述现场总线控制器以控制信号转换器的输出信号为输入信号，输出经串行现场总线控制器通过现场总线驱动器至现场总线；逻辑I/O译码器，所述逻辑I/O译码器接收单片机的控制信号，所译出的选通信号与数据总线驱动单元的数据完成脉冲频率的设定，输出至脉冲控制单元；位置输入单元，接收外部伺服驱动系统的差分信号，输出转换为TTL逻辑电平信号，与单片机通信，完成位置信号的转换；脉冲发生单元，用于产生六轴控制脉冲，经数据总线通过数据总线驱动器、逻辑I/O译码器接收来自单片机的输入信号，输出至脉冲控制单元；脉冲控制单元，所述脉冲控制单元接收脉冲发生单元的输出信号以及数据总线驱动单元、地址总线和控制总线上的信号，通过数据总线驱动单元、地址总线及控制总线上的信息，对六轴脉冲发生单元产生的脉冲进行控制并与位置脉冲输出单元通信；位置脉冲输出单元，以六路形式与外部伺服驱动系统电连接，形成六轴位置脉冲的控制输出；串口控制器，直接与单片机的串行接口相连，为对外设置的连接接口。
2. 按权利要求l所述现场总线位置控制装置，其特征在于所述数据 总线驱动器由第一 二总线驱动器(D7 D8)组成，第- 二总线驱动器 (D7 D8)通过数据总线分别与单片机(Dl),数据存储器(D4),程序存 储器(D5),脉冲发生单元，脉冲控制单元以及逻辑I/0译码器(D6)相连、,
3. 按权利要求1所述现场总线位置控制装置，其特征在于所述控制 信号转换器(D25) —端通过控制信号、数据、地址总线与单片机(Dl) 连，另一端与现场总线控制器(D26)相连。
4. 按权利要求l所述现场总线位置控制装置，其特征在于脉冲发生 单元，由第一 四脉冲发生器(D12 D15)脉冲发生器并联构成，四个脉冲 发生器的输入端一方面与数据总线驱动单元相连；同时与逻辑I/O译码器(D6)的输出端相连，输出端组成六路TTL串信号分别送至脉冲控制单元。
5. 按权利要求1所述现场总线位置控制装置，其特征在于所述脉冲 控制单元由第五 七脉冲控制器(D9 D11)构成，三个脉冲控制器输入端 与脉冲发生单元的第一 四脉冲发生器(D12 D15)的六路输出信号以两两 一组方式相连，其输出端将TTL逻辑电平信号转换为差分信号，与位置脉 冲输出装置连接。
6. 按权利要求l所述现场总线位置控制装置，其特征在于所述位置 脉冲输出单元由第四 六、七 九电路转换器(D16 D18、 D22 D24)组成， 输入端接收脉冲控制单元的输出信号，输出端与外部伺服驱动系统电连接。
7. 按权利要求l所述现场总线位置控制装置，其特征在于所述串口 控制器由第一 三串口控制器组成，其第一串口控制器(D2)、第二串口控 制器(D3) —方面直接与单片机(Dl)的串行接口相连，另一方面对外设 置一个接口，第三串口控制器位于单片机(Dl)内，对外接至位置输入单 元。
8. 按权利要求l所述现场总线位置控制装置，其特征在于所述脉冲 输入单元由第一 三电路转换器(D19 D21)构成，第一 三电路转换器(D19 D21)直接与外部伺服驱动系统电相连，将差分信号转换为TTL逻 辑电平信号，输出经第三串口控制器与单片机(Dl )相连接。
全文摘要
一种现场总线位置控制装置，为基于现场总线的串行总线结构，其包括单片机，配有控制信号转换器；与单片机和数据总线驱动器相连的数据存储器、程序存储器；逻辑I/O译码器，与单片机相连，译出的逻辑控制信号至数据总线驱动器、脉冲控制单元及脉冲发生单元；现场总线控制器，输入接控制信号转换器，输出经至现场总线；位置输入单元，外接伺服驱动系统，输出与单片机通信；脉冲发生单元，接收来自单片机的输入信号，输出经脉冲控制单元至置脉冲输出单元，并外部伺服驱动系统电连接，形成六轴位置脉冲的控制输出；串口控制器为对外设置的连接接口。它能完成通用的位置控制操作，减少布线的复杂程度，抗干扰能力强，系统集成度高，实用、可靠、便于扩展。
文档编号B25J9/16GK101200065SQ20061013474
公开日2008年6月18日 申请日期2006年12月13日 优先权日2006年12月13日
发明者方 徐, 龙 惠, 鹏 杜, 辉 魏 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司