CN103592892A - 多轴运动控制的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种多轴运动控制的方法及系统。该方法可包括：数据处理模块通过网络模块接收网络侧发送的运动指令；所述运动指令包括几何轴运动的起始坐标、目标坐标以及运动角度；数控运动模块根据所述运动指令计算几何轴的运动轨迹，并控制几何轴根据所述运动轨迹运动。本发明的多轴运动控制系统，通过在多轴运动控制的系统中设置外部网络接口以及几何轴接口，可构成嵌入式运动控制平台，从而适合小型精密且低成本的场合使用。
Description
技术领域
本发明涉及到多轴运动控制的技术领域，特别是涉及到一种多轴运动控制的方法及系统。
背景技术
当前的高端数控技术中，通常是基于上位机(PC)加运动控制器的控制系统。例如西门子820D、固高公司的工控机结合板卡等产品。如此，都是基于Windows或者UNIX计算机操作系统的控制技术，主要的问题表现以下几个方面体积大、成本高、功耗大以及不能脱离上位机。如此，上述的传统数控系统不适合小型精密、低成本的场合使用。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种多轴运动控制的方法，其控制可脱离上位机使用，从而适合小型精密且低成本的场合使用。
本发明提出一种多轴运动控制的方法，包括:
数据处理模块通过网络模块接收网络侧发送的运动指令;所述运动指令包括几何轴运动的起始坐标、目标坐标以及运动角度;
数控运动模块根据所述运动指令计算几何轴的运动轨迹，并控制几何轴根据所述运动轨迹运动。
优选地，所述数据处理模块通过网络模块接收网络侧发送的运动指令的步骤之后还包括:
所述数据处理模块解析所述运动指令获取相应的指令数据信息，并传送至数控运动模块进行计算处理。
优选地，所述数控运动模块根据所述运动指令计算几何轴的运动轨迹的步骤包括:
所述数控运动模块根据运动指令中的起始坐标以及预设算法，计算几何轴运动轨迹中的下一坐标;
控制所述几何轴从起始坐标移动至计算的下一座标位置;
接收几何轴的反馈，根据几何轴的当前坐标点以及预设算法，计算几何轴运动轨迹中的下一坐标。
优选地，所述数控运动模块通过跟随电路与所述几何轴相连接;所述跟随电路与几何轴分别设置6个，且一一对应设置。
优选地，所述网络模块为WIFI模块、485/232接口模块或以太网接口模块。
本发明还提出一种多轴运动控制的系统，包括:网络模块、数据处理模块、数控运动模块以及几何轴接口模块;
所述数据处理模块通过网络模块接收网络侧发送的运动指令;所述运动指令包括几何轴运动的起始坐标、目标坐标以及运动角度;
所述数控运动模块根据所述运动指令计算几何轴的运动轨迹，并通过几何轴接口模块控制与几何轴接口模块连接的几何轴根据所述运动轨迹运动。
优选地，所述数据处理模块，解析所述运动指令获取相应的指令数据信息，并传送至数控运动模块进行计算处理。
优选地，所述数控运动模块还包括:
轨迹规划计算单元，根据运动指令中的起始坐标以及预设算法，计算几何轴运动轨迹中的下一坐标;
移动控制单元，控制所述几何轴从起始坐标移动至计算的下一座标位置;
反馈接收单元，接收几何轴的反馈，通过轨迹规划计算单元根据几何轴的当前坐标点以及预设算法，计算几何轴运动轨迹中的下一坐标。
优选地，所述数控运动模块通过跟随电路与所述几何轴相连接;所述跟随电路与几何轴分别设置6个，且一一对应设置。
优选地，所述网络模块为WIFI模块、485/232接口模块或以太网接口模块。
本发明的多轴运动控制系统，通过在多轴运动控制的系统中设置外部网络接口以及几何轴接口，可构成嵌入式运动控制平台，从而适合小型精密且低成本的场合使用;通用性强，适合任意一款伺服电机;采用差分信号输出，可适合长距离驱动，提高抗干扰能力;并且，可多台多轴运动控制的系统并联使用，增加所能控制的几何轴数量。
附图说明
图1是本发明多轴运动控制的方法一实施例中的步骤流程示意图；
图2是本发明一实施例中嵌入式多轴运动控制系统的功能模块示意图；
图3是本发明多轴运动控制的方法另一实施例中的步骤流程示意图；
图4是本发明多轴运动控制的方法另一实施例中运动控制的步骤流程示意图；
图5是本发明一实施例中嵌入式多轴运动控制系统的具体电路结构示意图；
图6是本发明多轴运动控制的系统一实施例中数控运动模块的功能模块示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，提出本发明一种多轴运动控制的方法的一实施例。该多轴运动控制的方法可包括:
步骤S11、数据处理模块通过网络模块接收网络侧发送的运动指令;所述运动指令包括几何轴运动的起始坐标、目标坐标以及运动角度;
步骤S12、数控运动模块根据所述运动指令计算几何轴的运动轨迹，并控制几何轴根据所述运动轨迹运动。
参照图2，本发明中的嵌入式多轴运动控制的系统至少可设置有网络模块21、数据处理模块22、数控运动模块23以及几何轴接口模块24等。
上述网络模块21可为WIFI模块、485/232接口模块或以太网接口模块等通信模块，通过该网络模块21该运动控制系统可与上位机通信，以网络通信方式接收上位机的指令，使得该运动控制系统可脱离与上位机的固定连接。
上述数据处理模块22可为数据信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)，其可与网络模块21连接，接收上位机通过网络接口传输的运动指令，并解析获取数据信息传送给数控运动模块23运算。
上述数控运动模块23，从数据处理模块22处获取解析后的指令数据信息进行运算，根据运动指令控制与其连接的几何轴30的运动。上述多轴运动控制的系统还可通过数控运动模块23，接收该几何轴30的反馈信息，并可根据该反馈信息调整对该几何轴30的进一步控制。
参照图3，在本发明另一实施例中，上述步骤S11之后还可包括:
步骤S111、所述数据处理模块22解析所述运动指令获取相应的指令数据信息，并传送至数控运动模块23进行计算处理。
本实施例中，上述数据处理模块22可通过WIFI模块接收上位机的运动指令，该数据处理模块22可对接收的信号进行解析，解析出该运动指令中的相应指令数据信息并传送给上述数控运动模块23。上述运动指令可包括几何轴30运动的起始坐标、目标坐标以及运动角度等运动数据。
参照图4，在本发明另一实施例中，上述步骤S12可具体包括:
步骤S121、所述数控运动模块23根据运动指令中的起始坐标以及预设算法，计算几何轴30运动轨迹中的下一坐标;
步骤S122、控制所述几何轴30从起始坐标移动至计算的下一座标位置;
步骤S123、接收几何轴30的反馈，根据几何轴30的当前坐标点以及预设算法，计算几何轴30运动轨迹中的下一坐标。
在本实施例的实际操作中，上述数据处理模块22以及数控运动模块23可设置于一FPGA(Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)集成电路板上，其上还设置有运算库存储预设算法。该预设算法可根据实际需要而设置或调整。在该集成电路板上接设网络模块21(网络接口)以及几何轴接口模块24等部件即可构成多轴运动控制的系统。
上述运动控制中的具体运算过程可为上述数控运动模块23接收数据处理模块22的指令数据信息后，根据该指令数据信息中的起始坐标，结合运算库中相应的预设算法，从而可计算处几何轴30运动轨迹中的下一坐标。该数控运动模块23即可发送指令给几何轴30，使几何轴30移动至该计算出的下一坐标的位置。然后接收几何轴30的反馈信息并确认后，即可以几何轴30的当前坐标为起始坐标，结合预设算法再次计算几何轴30运动的下一坐标，如此循环直至几何轴30移动至目标坐标。
上述多轴运动控制的系统还可设有跟随电路25，设置于上述数控运动模块23与几何轴30之间，对数控运动模块23发送给几何轴30的控制指令进行放大等。本实施例中，该跟随电路25与几何轴30分别设置6个，且一一对应设置。该几何轴30可为数字轴或模拟轴，该6个几何轴30可为6个数字轴，或者为5个数字轴加1个模拟轴等方式。该多轴运动控制的系统还可通过几何轴接口模块24，采用差分信号输出，如此可适合长距离驱动，提高抗干扰能力。并且，可多台多轴运动控制的系统并联使用，增加所能控制的几何轴30数量。
本实施例的一具体实例中，可将上述6轴运动控制系统应用于三维点胶机中。该点胶机具有256个点胶位置，并配备一个6轴运动控制系统以及三个伺服电机。
参照图5，电路中伺服电机工作于速度模式，位置信号(编码器An.Bn.Zn)接入系统，控制系统提供模拟量(x_u+，n_u-)与电机，上电后，系统自检无误后启动伺服并执行PID控制。本系统由嵌入式控制器做轨迹规划，3个伺服电机作执行单元，外接逻辑控制单元作参考点、限位、报警、操作主令等信号;加工程序由上位机通过以太网输入控制器中，本系统根据加工程序做指定工作循环。
其中，通过图像分析连续48小时的运行测试，统计得出如下结果(行程250*250，速度5m-10m/min):
上述三维点胶机中，通过使用多轴运动控制的系统，使用嵌入式运动控制系统，从而可以简单、灵活的方式控制电机;同时，可并联多台嵌入式6轴运动控制系统，实现超过6轴的运动控制。
上述多轴运动控制方法，通过在多轴运动控制的系统中设置外部网络接口以及几何轴接口，可构成嵌入式运动控制平台，从而适合小型精密且低成本的场合使用;通用性强，适合任意一款伺服电机;采用差分信号输出，可适合长距离驱动，提高抗干扰能力;并且，可多台多轴运动控制的系统并联使用，增加所能控制的几何轴数量。
参照图2，提出本发明一种多轴运动控制的系统的一实施例。该多轴运动控制的系统可包括:网络模块21、数据处理模块22、数控运动模块23以及几何轴接口模块24;该数据处理模块22通过网络模块21接收网络侧发送的运动指令;该运动指令可包括几何轴运动的起始坐标、目标坐标以及运动角度等运动数据;该数控运动模块23根据所述运动指令计算几何轴的运动轨迹，并通过几何轴接口模块24控制与几何轴接口模块24连接的几何轴根据所述运动轨迹运动。
上述网络模块21可为WIFI模块、485/232接口模块或以太网接口模块等通信模块，通过该网络模块21该运动控制系统可与上位机通信，以网络通信方式接收上位机的指令，使得该运动控制系统可脱离与上位机的固定连接。
上述数据处理模块22可为数据信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)，其可与网络模块21连接，接收上位机通过网络接口传输的运动指令，并解析获取数据信息传送给数控运动模块23运算。
上述数控运动模块23，从数据处理模块22处获取解析后的指令数据信息进行运算，根据运动指令控制与其连接的几何轴30的运动。上述多轴运动控制的系统还可通过数控运动模块23，接收该几何轴30的反馈信息，并可根据该反馈信息调整对该几何轴30的进一步控制。
本实施例中，上述数据处理模块22可通过WIFI模块接收上位机的运动指令，该数据处理模块22可对接收的信号进行解析，解析出该运动指令中的相应指令数据信息并传送给上述数控运动模块23。上述运动指令可包括几何轴30运动的起始坐标、目标坐标以及运动角度等运动数据。
参照图6，上述数控运动模块23还可包括:轨迹规划计算单元231、移动控制单元232以及反馈接收单元233;该轨迹规划计算单元231，根据运动指令中的起始坐标以及预设算法，计算几何轴运动轨迹中的下一坐标;该移动控制单元232，控制所述几何轴从起始坐标移动至计算的下一座标位置;该反馈接收单元233，接收几何轴的反馈，通过轨迹规划计算单元231根据几何轴的当前坐标点以及预设算法，计算几何轴运动轨迹中的下一坐标。
在本实施例的实际操作中，上述数据处理模块22以及数控运动模块23可设置于一FPGA(Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)集成电路板上，其上还设置有运算库存储预设算法。该预设算法可根据实际需要而设置或调整。在该集成电路板上接设网络模块21(网络接口)以及几何轴接口模块24等部件即可构成多轴运动控制的系统。
上述运动控制中的具体运算过程可为:上述数控运动模块23接收数据处理模块22的指令数据信息后，根据该指令数据信息中的起始坐标，结合运算库中相应的预设算法，从而可计算处几何轴30运动轨迹中的下一坐标。该数控运动模块23即可发送指令给几何轴30，使几何轴30移动至该计算出的下一坐标的位置。然后接收几何轴30的反馈信息并确认后，即可以几何轴30的当前坐标为起始坐标，结合预设算法再次计算几何轴30运动的下一坐标，如此循环直至几何轴30移动至目标坐标。
上述多轴运动控制的系统还可设有跟随电路25，设置于上述数控运动模块23与几何轴30之间，对数控运动模块23发送给几何轴30的控制指令进行放大等。本实施例中，该跟随电路25与几何轴30分别设置6个，且一一对应设置。该几何轴30可为数字轴或模拟轴，该6个几何轴30可为6个数字轴，或者为5个数字轴加1个模拟轴等方式。该多轴运动控制的系统还可通过几何轴接口模块24，采用差分信号输出，如此可适合长距离驱动，提高抗干扰能力。并且，可多台多轴运动控制的系统并联使用，增加所能控制的几何轴30的数量。
本实施例的一具体实例中，可将上述6轴运动控制系统应用于三维点胶机中。该点胶机具有256个点胶位置，并配备一个6轴运动控制系统以及三个伺服电机。
参照图5，电路中伺服电机工作于速度模式，位置信号(编码器An.Bn.Zn)接入系统，控制系统提供模拟量(x_u+，n_u-)与电机，上电后，系统自检无误后启动伺服并执行PID控制。本系统由嵌入式控制器做轨迹规划，3个伺服电机作执行单元，外接逻辑控制单元作参考点、限位、报警、操作主令等信号;加工程序由上位机通过以太网输入控制器中，本系统根据加工程序做指定工作循环。
其中，通过图像分析连续48小时的运行测试，统计得出如下结果(行程250*250，速度5m-10m/min):
上述三维点胶机中，通过使用多轴运动控制的系统，使用嵌入式运动控制系统，从而可以简单、灵活的方式控制电机;同时，可并联多台嵌入式6轴运动控制系统，实现超过6轴的运动控制。
上述多轴运动控制的系统，通过设置外部网络接口以及几何轴接口，可构成嵌入式运动控制平台，从而适合小型精密且低成本的场合使用;通用性强，适合任意一款伺服电机;采用差分信号输出，可适合长距离驱动，提高抗干扰能力;并且，可多台多轴运动控制的系统并联使用，增加所能控制的几何轴数量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种多轴运动控制的方法，其特征在于，包括：
数据处理模块通过网络模块接收网络侧发送的运动指令；所述运动指令包括几何轴运动的起始坐标、目标坐标以及运动角度；
数控运动模块根据所述运动指令计算几何轴的运动轨迹，并控制几何轴根据所述运动轨迹运动。
2. 根据权利要求1所述的多轴运动控制的方法，其特征在于，所述数据处理模块通过网络模块接收网络侧发送的运动指令的步骤之后还包括：
所述数据处理模块解析所述运动指令获取相应的指令数据信息，并传送至数控运动模块进行计算处理。
3. 根据权利要求1所述的多轴运动控制的方法，其特征在于，所述数控运动模块根据所述运动指令计算几何轴的运动轨迹的步骤包括：
所述数控运动模块根据运动指令中的起始坐标以及预设算法，计算几何轴运动轨迹中的下一坐标；
控制所述几何轴从起始坐标移动至计算的下一座标位置；
接收几何轴的反馈，根据几何轴的当前坐标点以及预设算法，计算几何轴运动轨迹中的下一坐标。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的多轴运动控制的方法，其特征在于，所述数控运动模块通过跟随电路与所述几何轴相连接；所述跟随电路与几何轴分别设置6个，且一一对应设置。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的多轴运动控制的方法，其特征在于，所述网络模块为WIFI模块、485/232接口模块或以太网接口模块。
6. 一种多轴运动控制的系统，其特征在于，包括：网络模块、数据处理模块、数控运动模块以及几何轴接口模块；
所述数据处理模块通过网络模块接收网络侧发送的运动指令；所述运动指令包括几何轴运动的起始坐标、目标坐标以及运动角度；
所述数控运动模块根据所述运动指令计算几何轴的运动轨迹，并通过几何轴接口模块控制与几何轴接口模块连接的几何轴根据所述运动轨迹运动。
7. 根据权利要求6所述的多轴运动控制的系统，其特征在于，所述数据处理模块，解析所述运动指令获取相应的指令数据信息，并传送至数控运动模块进行计算处理。
8. 根据权利要求6所述的多轴运动控制的系统，其特征在于，所述数控运动模块还包括：
轨迹规划计算单元，根据运动指令中的起始坐标以及预设算法，计算几何轴运动轨迹中的下一坐标；
移动控制单元，控制所述几何轴从起始坐标移动至计算的下一座标位置；
反馈接收单元，接收几何轴的反馈，通过轨迹规划计算单元根据几何轴的当前坐标点以及预设算法，计算几何轴运动轨迹中的下一坐标。
9. 根据权利要求6至8中任一项所述的多轴运动控制的系统，其特征在于，所述数控运动模块通过跟随电路与所述几何轴相连接；所述跟随电路与几何轴分别设置6个，且一一对应设置。
10. 根据权利要求6至8中任一项所述的多轴运动控制的系统，其特征在于，所述网络模块为WIFI模块、485/232接口模块或以太网接口模块。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2013
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