CN102454071A - 伺服驱动器及刺绣系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服驱动器及刺绣系统，其中，伺服驱动器位于控制装置和电机之间，驱动电机带动传动装置执行控制装置的刺绣信号，伺服驱动器包括，用于接收所述刺绣信号的信号接收模块和执行所述刺绣信号的信号处理模块，还包括用于将所述电机执行所述刺绣信号的第一状态参数、所述伺服驱动器的运行参数和/或所述传动装置的第二状态参数反馈至所述控制装置的反馈模块。本发明的伺服驱动器实现了与控制装置之间的双向通讯，由此可使控制装置快速调节发送给伺服驱动器的刺绣信号，以使电机和/或传动装置的转速更加平稳、以使获取得刺绣质量和刺绣精度符合工艺要求。

Description

伺服驱动器及刺绣系统

技术领域

本发明涉及刺绣系统技术，尤其涉及一种伺服驱动器，以及使用该伺服驱动器的刺绣系统。

背景技术

随着刺绣业的发展，计算机刺绣已经成为刺绣工业的主流。现有的计算机控制刺绣机(刺绣系统)主要是通过控制装置(如计算机)控制XY轴电机和主轴电机即Z轴电机完成刺绣动作，如XY轴电机带动第一传动装置完成刺绣的送布动作，主轴电机带动第二传动装置完成刺料、挑线和勾线等刺绣动作。在刺绣过程中，控制装置控制的主轴电机的刺绣动作对于刺绣的质量和精度起着重要的作用，由此，如何控制主轴电机的转速和位置成为业界研究的热点。

参照图1所示，图1示出了现有技术中刺绣系统实施例的结构示意图；该刺绣系统包括控制装置10、伺服驱动器11、电机12和传动装置13。首先在控制装置10中设置需要进行的刺绣动作，该控制装置10发出刺绣信号至伺服驱动器11；接着伺服驱动器11接收刺绣信号并执行所述刺绣信号，以驱动电机12运转，使电机12带动传动装置13完成上述刺料、挑线和勾线等刺绣动作。

具体地，上述刺绣系统的控制装置10只能单向对伺服驱动器11发送刺绣信号，而对于在伺服驱动器11驱动电机12的过程中可能出现的电机12过载、电机12速度偏差和转速不稳等问题无法及时有效地反馈至控制装置10，由此导致最后获取得刺绣的质量和精度无法达到工艺要求。鉴于此，如何使刺绣系统的控制装置实时获取电机运转的各状态参数成为当前需要解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种在刺绣系统中能够实时地将电机、传动装置和伺服驱动器自身的运行状态反馈至控制装置的伺服驱动器，进一步地，使用该伺服驱动器的刺绣系统的刺绣效率提高了、同时刺绣质量和刺绣精度也提高了。

本发明提供的伺服驱动器位于控制装置和电机之间，驱动所述电机执行所述控制装置的刺绣信号。所述伺服驱动器包括，用于接收所述刺绣信号的信号接收模块和执行所述刺绣信号的信号处理模块，

还包括用于将所述电机执行所述刺绣信号的第一状态参数、所述伺服驱动器的运行参数和/或所述传动装置的第二状态参数反馈至所述控制装置的反馈模块。

根据本发明的另一方面，本发明还提供一种刺绣系统，该刺绣系统包括用于发送刺绣信号的控制装置、电机和连接所述电机的传动装置，以及，

所述刺绣系统还包括：用于接收所述刺绣信号的上述实施例中任一所述的伺服驱动器，所述伺服驱动器驱动所述电机带动所述传动装置执行所述刺绣信号。

本发明提供的用于刺绣系统的伺服驱动器实现了与控制装置之间的双向通讯，其中该伺服驱动器内部的反馈模块可以将电机的第一状态参数、伺服驱动器自身的运行参数和/或传动装置的第二状态参数及时有效地反馈至控制装置，可使控制装置快速调节刺绣信号，使电机和传动装置的转速更加平稳、以使获取得刺绣质量和刺绣精度符合工艺要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中刺绣系统实施例的结构示意图；

图2A为本发明中刺绣系统第一实施例的结构示意图；

图2B为图2A中的刺绣系统包含的伺服驱动器实施例的结构示意图；

图3为本发明中刺绣系统第二实施例的结构示意图；

图4为本发明中刺绣系统第三实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中的伺服驱动器包括，信号接收模块、信号处理模块和反馈模块。其中，信号接收模块接收控制装置的刺绣信号，并通过信号处理模块驱动电机的运转，同时采用反馈模块将获取的电机的第一状态参数、伺服驱动器的运行参数和/或传动装置的第二状态参数及时反馈至控制装置，以使控制装置对刺绣信号做出适应性的调整，使电机和/或传动装置的转速平稳，进而使得最后获取的刺绣符合工艺要求。同时，采用上述伺服驱动器的刺绣系统的刺绣效率得到较大的提高。

参考图2A和图2B所示，图2A示出了本发明中刺绣系统第一实施例的结构示意图；图2B示出了图2A中刺绣系统包含的伺服驱动器实施例的结构示意图；该刺绣系统包括控制装置20、伺服驱动器21、电机22和传动装置23。其中，控制装置20预先设置有需要执行刺绣动作的刺绣信息，控制装置20发出针对设置的刺绣花样的刺绣信号至伺服驱动器21，伺服驱动器21接收刺绣信号并执行所述刺绣信号，以驱动电机22运转，进而使电机22带动的传动装置23完成如刺料、挑线和勾线等刺绣动作。相对应地，伺服驱动器21在执行刺绣信号驱动电机22运转的过程中，该伺服驱动器21可以将电机22执行所述刺绣信号的第一状态参数(位置参数和速度参数等)、伺服驱动器21的运行参数(如伺服驱动器电流参数、电流参数和温度参数等)和/或传动装置23的第二状态参数(位置参数和速度参数等)反馈至控制装置20，以便控制装置20依据反馈的第一状态参数和/或第二状态参数及时调整刺绣信号，防止刺绣动作不符合工艺要求，由此使得刺绣的质量和精度提高了。举例来说，在本实施例中可采用串行总线连接伺服驱动器21和控制装置20，以实现伺服驱动器21和控制装置20之间的双向通讯。

应了解的是，本实施例中电机22的第一状态参数可以包括，电机22的速度参数(如加速、减速、旋转或停止等)、电机22的位置参数(如电机22主轴的逆时针旋转角度或顺时针旋转角度等)等。传动装置23的第二状态参数包括，传动装置23的速度参数或传动装置23的位置参数(该传动装置23的位置参数可为旋转角度)等。伺服驱动器21的运行参数包括，伺服驱动器21的电流参数、伺服驱动器21的电压参数、伺服驱动器21的温度参数等(在实际结构中，可以通过伺服驱动器21的电流参数反映电机22的电流状态，或是通过伺服驱动器21的电压参数反应电网的电压信息等，该伺服驱动器21的运行参数可依据伺服驱动器内部设置的传感器进行设定，该处仅是实例性说明)。需要说明的是，传动装置23的第二状态参数可以通过外置的编码器将其直接发送至控制装置20，或通过外置的编码器发送至伺服驱动器21，由伺服驱动器21反馈至控制装置20，实际中依据刺绣系统的具体电路结构选择，本实施例中不对其限制。

另外，在实际的刺绣过程中，用户还可以通过控制装置20查询电机22运转过程中的第一状态参数，如控制装置20可存储伺服驱动器21反馈的关于电机22的第一状态参数。同时控制装置20通过与伺服驱动器21之间的双向通讯可实时获知伺服驱动器21的工作是否正常。如伺服驱动器21发生故障时，可通过RS-485通讯连接的控制装置20及时显示和报警，避免了刺绣过程中的错误动作。

参照图2B所示，本实施例中的伺服驱动器21主要包括，信号接收模块211、信号处理模块212和反馈模块213。其中，信号接收模块211用于接收控制装置20发出的刺绣信号，并将该刺绣信号传递至信号处理模块212，信号处理模块212执行所述刺绣信号驱动电机22以带动传动装置23运转。同时，反馈模块213将电机22执行刺绣信号的第一状态参数、伺服驱动器21的运行参数和/或传动装置23的第二状态参数反馈至控制装置20，以便控制装置20依据反馈的第一状态参数和/或第二状态参数及时调整刺绣信号，防止不符合工艺要求的刺绣动作。另外，控制装置20还可以方便用户实时查询电机22和/或传动装置23的运行状况。当然，反馈模块213可以选用串行通讯模块与控制装置20进行通讯。

优选地，伺服驱动器21的信号处理模块212可包括电流信号处理模块2121、速度信号处理模块2122和位置信号处理模块2123(参照图2B所示)。具体地，电流信号处理模块2121用于控制和/或检测电机22的电流状态，如电流信号处理模块2121可控制启动电机22、检测电机22的电压是否稳定或检测电机22是否过载等。速度信号处理模块2122用于控制和/或检测电机22的速度运行状态，如电机22的主轴执行刺绣信号时速度的方向和大小等。位置信号处理模块2123用于控制电机22的位置状态，如电机22的主轴转动的角度等信息。由此，伺服驱动器21的反馈模块213分别将电机22的电流状态参数、速度状态参数和位置状态参数，以及伺服驱动器21的运行参数发送至控制装置20，以便控制装置20依据上述各状态参数判断电机22的运转是否正常，转速是否平稳等。

举例来说，伺服驱动器21和控制装置20之间的信号传输，例如控制装置20可采用RS-485通讯连接伺服驱动器21，并向其发送包含各种刺绣动作的刺绣信号，以及反馈模块213可将伺服驱动器21的故障信息反馈至控制装置20。而对于伺服驱动器中获取的电机22的第一状态参数和/或传动装置23的第二状态参数通常是通过I/O接口发送至控制装置20，以便控制装置20可依据实时的第一状态参数和/或第二状态参数及时调整刺绣信号。本实施例中的控制装置20可为工业自动控制设备，电机22可为主轴电机。

参照图3所示，图3示出了本发明中刺绣系统第二实施例的结构示意图；本实施例中的刺绣系统能够同时获知传动装置33的第二状态参数。具体地，图3中的刺绣系统包括控制装置30、伺服驱动器31、电机32和传动装置33。本实施例中的控制装置30、电机32和传动装置33的作用同上刺绣系统第一实施例中的控制装置20、电机22和传动装置23的作用，以及刺绣信号流向可参照第一实施例中的刺绣信号流向，该处不再重复描述。本实施例与第一实施例区别之一为伺服驱动器31的结构，伺服驱动器31包括信号接收模块311、信号处理模块312、反馈模块313和检测模块314。其中，信号接收模块311用于接收控制装置30的刺绣信号，并通过信号处理模块312驱动电机32执行所述刺绣信号；另外，检测模块314连接于反馈模块313，其用于检测伺服驱动器31的运行参数，并接收电机32的第一状态参数和/或接收传动装置33的第二状态参数；该检测模块314将其检测的运行参数和接收的第一状态参数和/或第二状态参数经由反馈模块313发送至控制装置30，以便控制装置30依据反馈的第一状态参数和/或第二状态参数及时调整刺绣信号。该刺绣系统能够实时获知电机32的第一状态参数和传动装置33的第二状态参数，使得刺绣精度进一步提高了。需要说明的是，该处检测模块314可为伺服驱动器31内部的各类传感器，其可以检测伺服驱动器31的运行参数，如检测伺服驱动器31的电流参数、伺服驱动器31的电压参数或伺服驱动器31的温度参数等。在通常情况下，该伺服驱动器31的电流参数可反应电机32的电流参数，相适应地，伺服驱动器31的电压参数可反应出电机32的电压参数和/或电网的电压状态等信息。

另外，本实施例的刺绣系统与第一实施例的刺绣系统的区别之二为传动装置33的第二状态参数可选择电机32内部的第一编码器321获取，进而通过该第一编码器321发送至伺服驱动器31内部的检测模块314，经由反馈模块313反馈至控制装置30。通过第一编码器321检测和编码传动装置33的第二状态参数可节省刺绣系统的成本，如节省采用外置编码器检测传动装置33的第二状态参数的成本。在本发明的实施例中，电机32的第一状态参数只是反应电机32的位置参数和速度参数，其通过第一编码器321检测获取。而对于伺服驱动器31接收电机32的第一编码器321的编码信号时可获知的传动装置33的第二状态参数，即第一编码器321用于检测的相应于第一状态参数和第二状态参数的编码信号发送至伺服驱动器31。在实际的电路中，主要是通过第一编码器321检测电机32的第一状态参数来获知传动装置33的第二状态参数。

应进一步了解的是，传动装置33为直接进行如挑线、勾线、断线或刺料等刺绣动作的装置，进而传动装置33的第二状态参数(如角度值或速度值)可直接反映刺绣动作是否符合刺绣工艺要求。在实际刺绣过程中控制装置30还需要获知传动装置33的机械零位信息，以便在开始一个刺绣花样，或刺绣花样变化时，可以较好的定位传动装置的机械零位。故，本实施例中的刺绣系统还设置有检测传动装置33机械零位的位置传感器34，该位置传感器34将其检测的传动装置33的机械零位发送至控制装置30。当然，该位置传感器34可为现有技术中任意一个能够实时检测和反应传动装置33机械零点的传感器。当控制装置30中刺绣花样的动作变化时，依据位置传感器34的信息检测传动装置33的机械零位是否符合要求，若不符合，可对其进行矫正，以便提高刺绣精度。当然用户还可依据第二状态参数和机械零位调节或矫正进行中的刺绣动作，使得电机32和/或传动装置33的转速平稳、刺绣动作的定位精确。本实施例中采用第一编码器321获取传动装置33的第二状态参数是示范性而并非限制性的。第二状态参数可包括传动装置33的速度参数或所述传动装置33的位置参数等。

参照图4所示，图4示出了本发明中刺绣系统第三实施例的结构示意图；本实施例中的刺绣系统能够适应各种不同电子齿轮比的传动装置43，可将刺绣系统推广适用各类型的传动装置。如图4所示，伺服驱动器41包括信号接收模块411、信号处理模块412、反馈模块413和检测模块414，其还包括位于反馈模块413和检测模块414之间的分频模块415，该分频模块415用于第一编码器421获取的相应于电机42的第一状态参数和传动装置43的第二状态参数的编码信号进行分频处理发送至反馈模块413，该反馈模块413将检测模块414检测的伺服驱动器41自身的运行参数、第一状态参数和第二状态参数分别反馈至控制装置40。需要说明的是，分频模块415连接电机42内部的第一编码器421，接收该第一编码器421获取的编码信号，该编码信号可包含电机42的第一状态参数的信息，并通过电机42的第一状态参数信息获取传动装置43的第二状态参数的信息。该处伺服驱动器41对应的集成电路结构依据实际的工艺进行，本发明不对此进行限定，如检测模块414的功能可由伺服驱动器41内部的其他模块代替等。

当然，在伺服驱动器41内部增加的分频模块415可以直接将第一编码器421获取的编码信号发送至控制装置40，其节省经由检测模块414的传递过程。即分频模块415将第一编码器421检测的涉及电机42的第一状态参数和传动装置43的第二状态参数的编码信息转换为控制装置40可识别的信号发送至控制装置40，以便用户通过控制装置40中显示的第一状态参数和第二状态参数分别判断电机42和传动装置43的转速是否平稳或是否在正常运转范围等信息。应了解的是，电机42中的第一编码器421是直接检测电机42的第一状态参数的编码信号，发送至伺服驱动器41的分频模块415，通过分频模块415获知传动装置43的第二状态参数。

具体地，在实际的结构中，传动装置43可执行刺料、挑线和勾线等动作的传动机构，根据不同的刺绣信号执行不同的刺绣动作。进一步地，依据不同的工作环境，刺绣系统可能需要配置不同电子齿轮比的传动装置43，故本实施例中采用具有分频功能的伺服驱动器41来满足刺绣系统中不同电子齿轮比的设置，且保证电机42主轴运转的稳定性和准确性。另外，本实施例伺服驱动器41内部增加的分频模块415可接收各类型的第一编码器421发送的信号，以及将该些信号进行分频处理且转换为控制装置40可识别的信号发送至控制装置40，进而使本发明中的刺绣系统适用于各类型的传动装置43，拓展了刺绣系统的应用范围，且节省了刺绣系统的成本。应了解的是，本实施例中举例说明控制装置40控制一电机42带动传动装置43的运转，对于多个电机42或多个传动装置43的并行运行，本发明不对其进行限制。当然，在本实施例中刺绣系统采用分频模块的目的是为适应各种不同电子齿轮比的传动装置。上述实施例中分频模块可采用本领域技术人员公知的分频原理(如小数分频原理等)，本实施例不对其进行限定。

进一步地，本实施例中的刺绣系统还设置有检测传动装置43机械零位的位置传感器44，该位置传感器44用于检测所述传动装置23的机械零位并将其发送至控制装置40，以便控制装置40依据该机械零位调整刺绣信号，使得传动装置可以精确定位刺绣动作的机械零位。

需要说明的是，刺绣系统还可以包括，用于检测传动装置的第一状态参数和所述位置参数并直接反馈给控制装置的第二编码器(即外置编码器)。一般情况下，该第二编码器检测传动装置的第一状态参数的功能可以通过电机内部的第一编码器实现，且第二编码器检测传动装置机械零位参数可由简单实用的位置编码器实现，故上述实施例的刺绣系统可节省第二编码器的成本，采用上述优选的实施例的刺绣系统可以适应各种不同的负载，如不同型号的电机或不同电子齿轮比的传动装置等。

上述实施例中的信号处理模块均可包括电流信号处理模块、速度信号处理模块和位置信号处理模块。应了解，在实际的刺绣系统中，电流信号处理模块和速度信号处理模块可选用PI控制器(比例积分控制器)，位置信号处理模块可选用P+A-type ILC控制器。优选PI控制器可抑制随机的干扰性，P+A-type ILC控制器用于补偿非线性负载的负载惯量的干扰，其非线性负载可为挑线装置或电机的主轴凸轮和偏心轮等。本发明中刺绣系统包含的伺服驱动器实现了对电机的位置控制同时兼顾对电机的速度控制，使得电机的主轴稳定性提高，同时使得传动装置的定位更加精确，进而使得刺绣系统的刺绣效率提高。

在上述实施例中，控制装置与伺服驱动器之间实现了双向通讯，故在伺服驱动器发生故障时，可以通过控制装置及时显示或报警，可有效解决现有技术中控制装置无法显示或预警伺服驱动器发生故障的现象。另外，对于用户无法有效辨认伺服驱动器显示的电机发生故障的信号的缺陷，采用本发明实施例中的刺绣系统后，伺服驱动器可以将电机和传动装置的各状态参数分别发送至控制装置，使得控制装置的显示屏上可直接显示电机和传动装置是否发生故障，发生什么样的故障等信息，如可直接显示电机过载、电机过流或传动装置电子齿轮设置错误等信息。综上实施例中的刺绣系统可获得较强的鲁棒性，对电机或传动装置的刺绣动作可实现较高的控制精度和优异的稳态性能，同时消除了电机或传动装置的时变非线性负载对控制装置的影响。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种伺服驱动器，位于控制装置和电机之间，驱动所述电机带动传动装置执行所述控制装置的刺绣信号，所述伺服驱动器包括，用于接收所述刺绣信号的信号接收模块和执行所述刺绣信号的信号处理模块，其特征在于，

还包括用于将所述电机执行所述刺绣信号的第一状态参数、所述伺服驱动器的运行参数和/或所述传动装置的第二状态参数反馈至所述控制装置的反馈模块。

2.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述信号处理模块包括，用于控制所述电机的电流状态的电流信号处理模块、用于控制所述电机的速度状态的速度信号处理模块和用于控制所述电机的位置状态的位置信号处理模块。

3.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述反馈模块为串行通讯模块。

4.根据权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，所述伺服驱动器还包括：

连接于所述反馈模块的检测模块，用于检测所述伺服驱动器的运行参数，接收所述电机的第一状态参数，和/或接收所述电机带动的传动装置的第二状态参数。

5.根据权利要求4所述的伺服驱动器，其特征在于，所述第一状态参数和所述第二状态参数由所述电机内部的第一编码器进行检测。

6.根据权利要求5所述的伺服驱动器，其特征在于，所述伺服驱动器还包括，位于所述反馈模块和所述检测模块之间的分频模块，用于将所述第一编码器检测的相应于所述第一状态参数和所述第二状态参数的编码信号进行分频处理并发送至所述反馈模块。

7.根据权利要求1至4任一项所述的伺服驱动器，其特征在于，所述第一状态参数包括，所述电机的速度参数或所述电机的位置参数；

所述第二状态参数包括，所述传动装置的速度参数或所述传动装置的位置参数；

所述伺服驱动器的运行参数包括，所述伺服驱动器的电流参数、所述伺服驱动器的电压参数或所述伺服驱动器的温度参数。

8.一种刺绣系统，包括用于发送刺绣信号的控制装置、电机和所述电机带动的传动装置，其特征在于，

所述刺绣系统还包括：用于接收所述刺绣信号的如权利要求1至7任一项所述的伺服驱动器，所述伺服驱动器驱动所述电机带动所述传动装置执行所述刺绣信号。

9.根据权利要求8所述的刺绣系统，其特征在于，所述刺绣系统还包括，用于检测所述传动装置的位置参数的位置传感器，所述位置传感器将所述位置参数发送至所述控制装置。

10.根据权利要求9所述的刺绣系统，其特征在于，所述刺绣系统还包括，用于检测所述传动装置的第一状态参数和所述位置参数的第二编码器，所述第二编码器用于将所述第一状态参数和所述位置参数发送至所述控制装置。

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