一种FPGA的嵌入式可重构机器人控制系统

摘要

本发明公开了一种FPGA的嵌入式可重构机器人控制系统，包括控制器FPGA、无线遥控接收器和手臂执行模块；所述无线遥控接收器嵌入安装在控制器FPGA的底部，且无线遥控接收器的左侧安装有手臂夹紧检测器和手臂升降检测器，所述无线遥控接收器的右侧安装有升降到位信号检测器，所述控制器FPGA上安装有超声波与光电检测器，所述超声波与光电检测器的上方安装有声音传感器，所述控制器FPGA上安装有前进红外线检测器和后退红外线检测器，所述后退红外线检测器在控制器FPGA内部的对应位置处安装有输入模块，所述输入模块上安装有行走计数值。本发明控制力度更强，更灵敏，输入模块实现对机器人系统的重构功能，各种检测器检测更加全面，操控更方便。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制系统领域，具体地说是一种FPGA的嵌入式可重构 机器人控制系统。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行 预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任 务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作，机 器人系统一般由伺服电机，伺服电机控制卡单片机控制系统等组成，目前， 国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，人们都可以接受这种 说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合 国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多 功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作 的专门系统。”它能为人类带来许多方便之处。

控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或 其他设备内任何感兴趣或可变的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到 预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态， 控制系统己被广泛应用于人类社会的各个领域，工业锅炉控制系统，，工业 锅炉控制系统，在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到 的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、 相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用数字计算机还建立起了 控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重 功能的过程控制系统。在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械 的自动操作系统等，进而在机器人的应用领域中，出现了机器人控制系统。

机器人是自动控制机器(Robot)的俗称，自动控制机器包括一切模拟人 类行为或思想与模拟其他生物的机械，在当代工业中，机器人指能自动执行 任务的人造机器装置，传统的机器人控制系统存在不可重构，控制不具备智 能，灵活等不足，因此需要一种新型的机器人控制系统。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种FPGA的嵌入式 可重构机器人控制系统所具有的有益效果是；该所述的FPGA的嵌入式可重 构机器人控制系统，结构科学合理，安全方便，采用最新的控制器FPGA，与 传统的机器人系统不同，控制力度更强，更灵敏，另设输入模块，通过改变 行走计数值的设定以及各种检测器的启动与否实现对机器人系统的重构功 能，各种检测器检测更加全面，无线遥控接收器可将检测数据传送至控制器 FPGA，避免繁乱的电性连接，手臂执行模块控制手臂抓放驱动信号和手臂升 降驱动信号，操控更灵敏，方便，采用机器人系统，通过机器人在特定工位 上准确、快速完成部件的装配，能使生产线达到较高的自动化程度，机器人 可遵照一定的原则相互调整，满足工艺点的节拍要求，采用FPGA的嵌入式可 重构机器人控制系统，不仅有极高的实时性，更有极高的可靠性，其含有的 条码数据采集系统，使各种产品制造信息具有规范、准确、实时、可追溯的 特点，系统采用高档文件服务器和大容量存储设备，快速采集和管理现场的 生产数据，产品自动化测试系统：测试最终产品性能指标，将不合格产品转 入返修线，满足了人们的需求。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种FPGA的嵌入式可 重构机器人控制系统，包括控制器FPGA、无线遥控接收器和手臂执行模块； 所述无线遥控接收器嵌入安装在控制器FPGA的底部，且无线遥控接收器的左 侧安装有手臂夹紧检测器和手臂升降检测器，所述手臂夹紧检测器和手臂升 降检测器均与控制器FPGA通过无线网络连接，所述无线遥控接收器的右侧安 装有升降到位信号检测器，所述控制器FPGA上安装有超声波与光电检测器， 所述超声波与光电检测器的上方安装有声音传感器，所述控制器FPGA上安装 有前进红外线检测器和后退红外线检测器，所述后退红外线检测器在控制器 FPGA内部的对应位置处安装有输入模块，所述输入模块上安装有行走计数值， 所述行走计数值、前进红外线检测器、后退红外线检测器、声音传感器和超 声波与光电检测器均与输入模块电性连接，所述输入模块和控制器FPGA均与 主板电源电性连接，所述控制器FPGA和行走电机驱动信号均与无线遥控接收 器通过无线网络连接。

进一步，所述手臂执行模块上设有手臂抓放驱动信号和手臂升降驱动信 号，且手臂抓放驱动信号和手臂升降驱动信号均与手臂执行模块电性连接。

进一步，所述行走电机驱动信号与控制器FPGA通过无线网络连接。

进一步，所述手臂执行模块与控制器FPGA通过无线网络连接。

采用上述技术方案后，本发明和现有技术相比所具有的优点是：

本发明所述的FPGA的嵌入式可重构机器人控制系统，结构科学合理，安 全方便，采用最新的控制器FPGA，与传统的机器人系统不同，控制力度更强， 更灵敏，另设输入模块，通过改变行走计数值的设定以及各种检测器的启动 与否实现对机器人系统的重构功能，各种检测器检测更加全面，无线遥控接 收器可将检测数据传送至控制器FPGA，避免繁乱的电性连接，手臂执行模块 控制手臂抓放驱动信号和手臂升降驱动信号，操控更灵敏，方便，采用机器 人系统，通过机器人在特定工位上准确、快速完成部件的装配，能使生产线 达到较高的自动化程度，机器人可遵照一定的原则相互调整，满足工艺点的 节拍要求，采用FPGA的嵌入式可重构机器人控制系统，不仅有极高的实时性， 更有极高的可靠性，其含有的条码数据采集系统，使各种产品制造信息具有 规范、准确、实时、可追溯的特点，系统采用高档文件服务器和大容量存储 设备，快速采集和管理现场的生产数据，产品自动化测试系统，测试最终产 品性能指标，将不合格产品转入返修线，满足了人们的需求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的原理框图。

附图标记中：1-行走计数值；2-前进红外线检测器；3-后退红外线检测 器；4-声音传感器；5-超声波与光电检测器；6-输入模块；7-主板电源；8- 控制器FPGA；9-升降到位信号检测器；10-无线遥控接收器；11-行走电机驱 动信号；12-手臂执行模块；13-手臂抓放驱动信号；14-手臂升降驱动信号； 15-手臂夹紧检测器；16-手臂升降检测器。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。

实施例，如图1-2所示，一种FPGA的嵌入式可重构机器人控制系统， 包括控制器FPGA8、无线遥控接收器10和手臂执行模块12；无线遥控接收器 10嵌入安装在控制器FPGA8的底部，且无线遥控接收器10的左侧安装有手臂 夹紧检测器15和手臂升降检测器16，手臂夹紧检测器15和手臂升降检测器 16均与控制器FPGA8通过无线网络连接，无线遥控接收器10的右侧安装有升 降到位信号检测器9，控制器FPGA8上安装有超声波与光电检测器5，超声波 与光电检测器5的上方安装有声音传感器4，控制器FPGA8上安装有前进红外 线检测器2和后退红外线检测器3，后退红外线检测器3在控制器FPGA8内部 的对应位置处安装有输入模块6，输入模块6上安装有行走计数值1，行走计 数值1、前进红外线检测器2、后退红外线检测器3、声音传感器4和超声波 与光电检测器5均与输入模块6电性连接，输入模块6和控制器FPGA8均与 主板电源7电性连接，控制器FPGA8和行走电机驱动信号11均与无线遥控接 收器10通过无线网络连接，手臂执行模块12上设有手臂抓放驱动信号13和 手臂升降驱动信号14，且手臂抓放驱动信号13和手臂升降驱动信号14均与 手臂执行模块12电性连接，行走电机驱动信号11与控制器FPGA8通过无线 网络连接，手臂执行模块12与控制器FPGA8通过无线网络连接。

工作原理：FPGA的嵌入式可重构机器人控制系统启动后，通过输入模块 6设定行走计数值1、启动前进红外线检测器2、后退红外线检测器3、声音 传感器4和超声波与光电检测器5，主板电源7为控制器FPGA8提供电力支持， 通过控制器FPGA8控制手臂夹紧检测器15和手臂升降检测器16，无线遥控接 收器10通过无线网络将信号和指令发送出去，进而控制手臂执行模块12，手 臂执行模块12分为手臂抓放驱动信号13和手臂升降驱动信号14的两个部分。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节， 而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实 现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且 是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨 在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。 不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据 本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均 应包含在本发明技术方案的保护范围之内。