一种机器人控制器的制作方法

本实用新型涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种机器人控制器。

背景技术：

目前，对机器人控制器及示教器进行安装及操作时，控制器在机器人柜体内占用了较多的位置空间，难以应用于对机器人柜体的体积有限制要求的应用场景，同时也给技术人员现场安装或携带造成了不便，若购置占用空间体积的较少的控制器和示教器，难以应用于对成本有限制要求的应用场景。另外，对机器人示教时，控制器和示教器需要通信，可以通过有线通信方式连接，或者通过无线通信方式连接，导致能够匹配上控制器接口类型、型号、无线通信协议的示教器的种类有限，增加了设计上的复杂性及成本。

因此，亟需一种安装简单、后期维护及携带方便、非标自动化应用扩展性方便，在不失性能的条件下，能够降低设计及生产成本的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型提供一种机器人控制器，用以集控制功能和示教功能于一体，可便于后期维护及功能扩展，同时可降低设计及生产成本。

本实用新型实施例提供一种机器人控制器，控制器包括：一个处理器、与处理器连接的存储器和第一接口，其中，存储器，用于存储机器人的计算任务和用于对机器人示教的示教任务；

处理器，用于执行存储器中存储的计算任务和示教任务；

第一接口，用于连接以太网控制自动化技术ethercat总线伺服驱动器和i/o模块中的一种或多种。

在一种可能的实施方式中，控制器还包括：

显示屏，通过图形处理器gpu显示芯片与处理器连接，用于显示执行、修改计算任务和示教任务时的界面。

在一种可能的实施方式中，显示屏为触摸屏，控制器还包括：

触摸屏控制芯片，与处理器连接，用于识别触摸屏接收到的触控操作在触摸屏中的位置。

在一种可能的实施方式中，控制器还包括：

按钮，与处理器连接，用于输入控制指令。

在一种可能的实施方式中，控制器还包括：

电压转换单元，与处理器连接，用于将外部电压转换为处理器的工作电压。

在一种可能的实施方式中，控制器还包括：

第二接口，与处理器连接，用于连接以下设备中的一种或多种：诊断及维护设备、视觉采集设备、系统升级设备或可编辑逻辑控制器plc设备。

在一种可能的实施方式中，控制器还包括：

第三接口，与处理器连接，用于连接对控制器升级的升级设备。

在一种可能的实施方式中，存储器包括如下多种类型：非易失存储器norflash、内嵌式存储器emmc、铁电存储器fram、双数据速率同步动态存储器ddr。

在一种可能的实施方式中，控制器还包括：

贴于处理器表面的散热片，用于对处理器散热。

在一种可能的实施方式中，处理器与存储器芯片集成在单板的同一面上，与其它单板相邻面未进行布线处理。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是根据一示例性实施例示出的一种机器人控制器的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种带有外壳的机器人控制器的结构示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种机器人控制器的线路板结构示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的一种机器人控制器的框架结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例描述的应用场景是为了更加清楚的说明本实用新型实施例的技术方案，并不构成对于本实用新型实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着新应用场景的出现，本实用新型实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。其中，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，一种机器人控制器，包括：一个处理器、与处理器连接的存储器和第一接口，其中，存储器，用于存储机器人的计算任务和用于对机器人示教的示教任务；处理器，用于执行存储器中存储的计算任务和示教任务；第一接口，用于连接以太网控制自动化技术ethercat总线伺服驱动器和i/o模块中的一种或多种。

具体实施时，处理器101可以是最低主频1.6ghz，具有64位多核结构的任一种处理器。处理器101可以执行控制机器人计算任务以及示教(功能)任务，使得该控制器具备现有技术中的控制器和示教器的功能。并且，一个高性能处理器能够降低设计及生产成本，还便于现场技术人员安装、后期维护及携带，更能够便于非标自动化应用领域的功能扩展。

另外，处理器表面还可以贴有散热片，用于对处理器散热。

在实际场景中，存储器102包括如下任意一种或多种类型：非易失存储器norflash、内嵌式存储器emmc、铁电存储器fram、双数据速率同步动态存储器ddr。

存储器102可以是双倍速率同步动态随机存储器ddr，例如，第四代双倍速率同步动态随机存储器ddr4，可以是非易失存储器norflash，还可以是内嵌式存储器emmc。存储器中可以存储有控制机器人计算任务以及示教机器人计算任务，例如，控制机器人计算任务的程序代码、示教机器人计算任务的程序代码。

第一接口(组)103可以支持千兆以太网接口，可作为物理层实现连接ethercat总线伺服驱动器及i/o模块(应用层及数据链路层均在处理器内完成)。控制器可搭载开放式工业linuxopenil实时操作系统，实现工业机器人多轴工业总线控制、远程管理配置等功能。

一种可能的实施方式中，控制器还包括显示屏，通过图形处理器gpu显示芯片与处理器连接，用于显示执行、修改计算任务和示教任务时的界面。

具体实施时，控制器显示屏104可以是液晶显示屏，处理器101可通过localbus总线连接显示芯片105，例如，图形处理器(graphicsprocessingunit，gpu)。显示芯片105连接同步动态随机存取内存(synchronousdynamicrandom-accessmemory，sdram)，以快速对外部的显示内存进行屏幕刷新。其中，显示芯片105可以通过低电压差分信号(low-voltagedifferentialsignaling，lvds)接口连接显示屏104。

通过显示屏104可以直观看到执行控制机器人计算任务以及示教机器人任务时的界面，例如，任务执行进度、任务执行情况、参数设置等。在实际应用场景中，显示芯片105还可以通过色彩模式接口(rgb接口)，连接外部显示屏。

一种可能的实施方式中，显示屏为触摸屏，控制器还包括：

触摸屏控制芯片，与处理器连接，用于识别触摸屏接收到的触控操作在触摸屏中的位置。

具体实施时，触摸屏控制芯片106与处理器101连接，识别使用者触摸点在显示屏104的坐标，辅助处理器101确定使用者通过触摸屏输入命令或者选择指令。

一种可能的实施方式中，控制器还包括：

按钮，与处理器连接，用于输入控制指令。

具体实施时，按钮107与处理器101连接，例如，急停按钮、模式开关按钮、钥匙锁按钮、控制按钮等。按钮被按下和不被按下时触发信号不同，处理器101通过按钮107输入信号，确定使用者输入命令或选择指令。

一种可能的实施方式，控制器还包括：

电压转换单元，与处理器连接，用于将外部电压转换为处理器的工作电压。

具体实施时，电源转换单元108可以将外部电压转化为处理器工作电压，可以包括电源管理芯片，还可以包括高压(低压)直流电源变换为低压(高压)直流电源dc/dc降压芯片。

一种可能的实施方式中，控制器还包括：

第二接口，与处理器连接，用于连接以下设备中的一种或多种：诊断及维护设备、视觉采集设备、系统升级设备或可编辑逻辑控制器plc设备。

具体实施时，拓展控制器的基于互联网接口的功能，可以通过第二接口109，连接远程诊断及维护设备、视觉采集设备、系统升级设备或可编辑逻辑控制器(programmablelogiccontroller，plc)设备。

一种可能的实施方式中，控制器还包括：

第三接口，与处理器连接，用于连接对控制器升级的设备。

具体实施时，第三接口110可以是通用串行总线(universalserialbus，usb)接口，例如，usbhost接口，可以通过第三接口110连接对控制器升级的设备，例如，u盘。

一种可能的实施方式中，处理器与存储器芯片集成在单板的同一面上，与其它单板相邻面未进行布线处理。

具体实施时，如图2所示，处理器201与存储器202所在的线路板(主控板)与其他单板在安装时采用平行结构方式。为最大限度减少单板面积，控制器的接口集中放置于线路板(主控板)相邻的两个边。

如图2所示，主控板进行叠层设计时，需要合理进行规划。可以在保障信号完整性的前提下，将叠层的层数控制在预设值内，减小单板的变形风险，主控板的厚度控制在2mm左右。由于控制器的关键核心器件，如处理器、ddr4、emmc、fram等器件均放置在top层203，该单板的bottom层204面与其他单板直接相邻，在单板bottom层204不进行走线处理，bottom层204表面进行铺地铜皮处理，以起到较好的屏蔽效果。所有走线分布在top层203及内层的走线层。内层走线层完成关键信号线的处理，所有的信号层的临层都有完整的参考地层，且电源层与地层相邻，进而达到更好的信号及电源完整性效果，实现提高单板信号、电源的完整性及电磁兼容特性。

一种可能的实施方式中，控制器还包括多个指示灯，与处理器连接，用于提示执行计算任务和示教任务时的状态。

如图3所示，控制器的指示灯可以设置在显示屏的一侧，控制器还可以包括一个外壳301、把手302。图3中示出了本实用新型实施例提供的机器人控制器各元件的分布情况。机器人控制器的处理器和存储器设置在外壳301内部，控制器还包括3个按钮303(分别是模式开关按钮、急停按钮、下侧控制开关按钮)、1个触控显示屏304，多个状态指示灯305、1个手把腕带302、1组第一接口306(ethercat、以太网、模式切换、急停开关控制及供电接口)、1个usbhost接口307、2个其他千兆以太网接口308，1个钥匙锁309。其中，钥匙锁309内部的微型处理器与控制器的处理器连接。

如图4所示，图4示出了一种机器人控制器的结构示意图，包括处理器、存储器及外围相关接口等。

处理器为64位多核处理器401，例如，cortex-a53、cortex-a72等内核，最低主频为1.6ghz。处理器401可以支持ddr4sdram，同时支持双位错误检测和单位纠错技术，处理器可以通过划分任务极线程应用，充分利用多个执行内核，在特定的时间内执行更多的任务。存储器402可以是非线性存储器nandflash及emmc存储器，并行铁电存储器fram或非易失性磁性随机存储器(例如，mram存储器),该fram存储器可存储json配置数据、示教参数和p变量以及错误历史文件等信息。处理器401的localbus总线接口可用于连接铁电存储器、gpu显示芯片403、can控制器404、复杂可编程逻辑器件(complexprogrammablelogicdevice，cpld)等外设芯片。

控制器的存储器402可以是norflash、emmc、fram或非易失性的磁性随机存储器mram，norflash存储uboot及内核，其他文件系统等大文件放在emmc中，因emmc无需处理器再处理坏块管理，且不同容量emmc芯片管脚pin-pin兼容，升级方便，无需改版。控制器使用fram时，还具有高读写入耐久性、高速写入以及掉电后数据不丢失的优势。

控制器的第一接口405，可以是吉比特介质独立接口rgmii。控制器通过第一接口，千兆以太网芯片以及以太网变压器与ethercat总线伺服驱动器、远程i/o模块等设备连接。

控制器还可以包括第二接口406，可以是四串行千兆位介质独立接口(quadserialgigabitmediaindependentinterface，qsgmii)。控制器通过千兆以太网芯片以及以太网变压器与远程诊断及维护设备、视觉采集设备、plc设备、系统升级设备连接。

处理器401的内部可以自带温度传感器，可实时监测处理器芯片的温度，该处理器表面可贴有散热片，可根据该散热片在控制器整机内的散热效果，考虑是否使用风扇。

处理器401通过localbus总线与gpu显示芯片403通信，gpu显示芯片403对外部存储器sdram407支持最多可达512m-bit(16-bit位宽)，可以快速对外部的显示内存进行屏幕刷新，还可以提供一高效频宽的16bit异步并列的主控端接口，可提供多段的显存缓冲区段，透明度控制与显示旋转镜像等功能。gpu显示芯片403可以连接显示屏408，例如，tft液晶显示屏。gpu显示芯片可通过lvds接口或rgb接口与tft显示屏连接。

显示屏408为触摸显示屏时，处理器401还连接触摸屏控制芯片409，用于识别触摸屏接收到的触控操作在触摸屏中的位置，处理器401通过该位置可以确定使用者输入命令或指令。

控制器还包括多个按钮410，按钮410与处理器401连接，用于输入控制指令，例如开关机按钮、急停按钮。可以根据实际应用场景，通过配置按钮触发方式，实现配置输入控制指令。例如，长按某个按钮5秒，且按动一次该按钮输入指令为锁屏，本实用新型实施例对此不作限制。按钮410表面具有防水、防尘功能，同时按键区域带多个状态指示灯，更能方便直观的进行状态提示。

控制器还包括实时时钟(realtimeclock，rtc)芯片411，其供电可通过电池412与其连接(例如，纽扣电池)，rtc芯片411通过i2c总线与处理器401相连，rtc芯片411功耗较小，采用锂离子纽扣电池及系统3.3v电源两种供电形式，断电后自动切换到电池供电。控制器还可以通过锁相环(phaselockedloop，pll)时钟发生器413与晶体振荡器414(oscillator)相连，为处理器401提供相关时钟信号。

本实用新型实施例中的机器人控制器可以使用24v输入电压，通过一个或多个dcdc芯片415，将输入电压转换为处理器的工作电压，dcdc芯片415通过电源管理芯片416与处理器401连接，dcdc芯片415还可以将输入电压转换为控制器中其他元件工作电压。在不同的应用场景中，控制器也可以使用不同的输入电压，本实用新型实施例中24v输入电压仅用于举例说明，对此不做具体限制。

控制器还可以包括rs232接口417、rs485接口418，并通过rs232接口芯片419、rs485接口芯片420与处理器连接。

另外，对控制器进行系统升级维护时，可通过usbhost接口420及千兆以太网接口406实现。其中，usbhost接口可连接u盘进行升级，使用者可通过显示屏408方便查看升级过程，还可通过按钮410或屏幕触摸功能进行选择，另外一种方式可通过千兆以太网接口406连接个人计算机(pc机)进行升级维护。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。