[发明专利]基于FPGA的多指节机器人控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的多指节机器人控制系统及其控制方法。

背景技术

在传统用FPGA控制多指节机器人的系统中，机器人控制系统主要是依靠FPGA的并行性优势，其多指节运动的控制大部分集中在控制芯片中，控制芯片内部存储有整套规划动作的控制命令，然后通过多级的逻辑运算和逻辑分析，逐级地实现各个轴的运动控制，从而实现机器人整套运动的持续进行。如图1所示，控制端发出整套规划动作指令，整套规划动作通过控制芯片逻辑分解成若干个大动作（大动作1～大动作n），并且这些大动作会按照一定的运动顺序开始运动，还能逻辑判定其大动作的循环次数。每个大动作（例如大动作1）会逻辑分解成若干个小动作（小动作1～小动作n），并且这些小动作会按照一定的运动顺序开始运动，还能逻辑判定其小动作的循环次数。每个小动作（例如小动作2）会逻辑分解成若干个轴（轴1～轴n），轴是控制轴运动的控制设备，并且这些轴会按照一定的运动顺序开始运动，还能逻辑判定其轴的循环次数。

这样，整套规划动作的最终运动是轴运动，但是从开始控制到轴运动要经过整套规划动作的控制芯片、大动作、小动作、轴四级的逻辑分析，并且逻辑分析非常复杂，需要判断所有大动作的顺序以及某个大动作的循环次数，还需要判断所有小动作的顺序以及某个小动作的循环次数，也需要判断所有轴的顺序以及某个轴的循环次数。例如执行小动作2时，小动作2会把控制指令传输给轴1、轴2、…轴n，待轴1、轴2、…轴n按照顺序运动完成后，最后一个轴n会将完成指令传输至小动作2进行逻辑分析，如果小动作2需要循环时，小动作2下的所有轴将重复运动一次；如果小动作2不需要循环时，小动作2就会逻辑分析出小动作2工作完毕，并反馈至大动作1，大动作1发出控制指令给小动作3，让小动作3进行运动。轴、小动作、大动作的依次反馈就形成了一个嵌套过程，故每次的运动都需要经过四层判断之后才能得到运动指令信息，特别是循环部分，每次的判断都需要经过三次的嵌套，当动作复杂或者循环逻辑复杂之后，控制方式和逻辑分析会变得非常复杂，影响机器人的运动反应效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于FPGA的多指节机器人控制系统，该系统简化了控制逻辑分析过程，指令解析模块将不同的指令存放于相对应的RAM大动作和RAM轴中，这样就使得后续的控制逻辑变得简单，指令的存储变得清晰有序，执行控制模块在运动过程中在提取相应的指令时就不需要经过复杂的逻辑分析；而且增加机器人指节数目时，只需要为新添的关节开辟一个RAM，RAM的逻辑不会受到指节数目的变化而变得复杂，达到了并行控制的最好效果。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于FPGA的多指节机器人控制系统，包括整套运动控制端，用于接收整套运动控制端的控制指令并能将控制指令解析、分类成若干个RAM指令的指令解析模块，以及RAM控制组；整套运动控制端与指令解析模块电通信连接，RAM控制组包括有至少一个RAM大动作和至少一个RAM轴；RAM大动作接收并储存来自于指令解析模块中相对应的RAM指令，RAM大动作的RAM指令用于控制相对应的大动作运动操作；RAM轴接收并储存来自于指令解析模块中相对应的RAM指令，RAM轴的RAM指令用于控制相对应的轴运动操作；指令解析模块分别与各个RAM大动作、RAM轴电通信连接；各个RAM大动作和RAM轴分别与执行控制模块电通信连接，该执行控制模块按照RAM指令直接执行大动作操作或轴运动操作。

为了更好地实现本发明，所述RAM大动作的RAM指令包括有控制RAM大动作是否运动以及控制其运动逻辑顺序的启动模块，控制RAM大动作运动循环逻辑顺序和运动次数的循环控制模块；所述RAM轴的RAM指令包括有控制RAM轴是否运动以及控制其运动逻辑顺序的启动模块，控制RAM轴运动循环逻辑顺序和运动次数的循环控制模块。指令解析模块会根据整套运动控制端输入的控制指令（这些控制指令即可完成整套的机器人智能运动）逻辑处理分析出该整套动作需要的大动作或轴运动，然后存储到RAM大动作和RAM轴中。

进一步的技术方案是：所述RAM控制组包括有RAM大动作1、RAM大动作2、…RAM大动作n以及RAM轴1、RAM轴2、…RAM轴m，RAM大动作1、RAM大动作2、…RAM大动作n以及RAM轴1、RAM轴2、…RAM轴m分别对应为一个独立的运动控制单元，所有运动控制单元的控制数据集成为RAM控制组，该RAM控制组为集成RAM芯片。