CN111007779A - 一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器，将传统的四个单轴驱动器及控制电路板集成于一台设备上，包含双轴伺服驱动电路板以及控制电路板，控制电路板可用于与上位机的人机交互、外围设备通信和运动规划，也可以用于自定义的运动控制IP核以及伺服驱动控制IP核。与此同时，本发明通过XINTF总线进行四个DSP模块之间的通信信息传输，实现了DSP模块控制各自的双轴伺服驱动电路板驱动电机运动，可以更方便控制控制器，具有集成度高，成本低，体积小，独立性强，操作简单的优点。

Description

一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器

技术领域

本发明属于工业自动化控制领域，涉及一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器。

背景技术

目前伺服电机广泛地应用与工业自动化生产设备中，随着工业自动化水平的不断提高，工业机器人，数控加工中心等高端的工业自动化生产设备的复杂程度越来越高，功能越来越完善，为了保证设备运动的灵活性等因素，使用多个伺服电机的情况十分普遍。而使用传统的多个单轴伺服驱动器配合运动控制卡将不可避免的带来设备体积增大，电缆增多，操作难度增加，维护困难等问题。

发明内容

本发明的目的在于是提供一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器，减少伺服驱动器的体积，简化操作。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器，包括一块由ZYNQ芯片和四片DSP芯片组成的控制电路板、两块双轴伺服驱动电路板、金属外壳、金属底板、金属顶板、卡位板、前后侧盖板和串口触摸屏；所述ZYNQ芯片包括编码器排线接口、24V电源和通用IO及串口排线接口、外扩DDR3 1GB内存、两个USB2.0接口、一个SD卡接口、一个Mini USB接口、两个千兆以太网口、VGA显示接口、JTAG调试接口、独立24V电源输入接口、WIFI接口、串口触摸屏接口；所述DSP芯片的包括两个驱动板排线接口和DSP调试接口；ZYNQ与四个DSP芯片之间通过XINTF总线相连接；所述双轴伺服驱动电路板包括一个控制电路板排线接口、一个交流电输入接口、两个电机接口、两个再生电阻接口，所述金属顶板固定有四轴编码器外接连接器、24V电源和通用IO及串口外接连接器、四轴电机外接连接器和交流电输入外接连接器。

作为优选的技术方案，控制电路板位于中间，两块双轴伺服驱动电路板位于控制电路板左右两侧，两块双轴伺服驱动电路板的正对控制电路板，驱动板的排线接口通过排线接到控制卡的排线接口，三块电路板通过四个卡位板及螺丝连接并固定，四个卡位板分别通过螺丝与金属外壳固定，金属外壳分别通过螺丝与金属底板，金属顶板固定，前后侧盖板分别通过螺丝固定在金属外壳上；四轴编码器外接连接器，与控制电路板上的编码器排线接口通过排线连接；24V电源和通用IO及串口外接连接器，与控制电路板上的24V电源和通用IO及串口排线接口；四轴电机外接连接器，与两块驱动板上的四个电机接口连接；交流电输入外接连接器，与两块驱动板上的交流电输入接口连接；

进一步，两块双轴伺服驱动电路板位于控制电路板两侧，所述双轴伺服驱动电路板的排线接口通过排线与所述控制电路板的排线接口相连接，所述双轴伺服驱动电路板和控制电路板通过四个卡位板及螺丝固定连接，四个卡位板分别通过螺丝与金属外壳固定连接，金属外壳通过螺丝与金属底板和金属顶板固定连接，前后侧盖板分别通过螺丝固定在金属外壳上；四轴编码器外接连接器与控制电路板上的编码器排线接口通过排线连接，24V电源和通用IO及串口外接连接器与控制电路板上的24V电源和通用IO及串口排线接口相连接；四轴电机外接连接器与两块驱动板上的四个电机接口相连接；交流电输入外接连接器与两块驱动板上的交流电输入接口相连接。

进一步，两块双轴伺服驱动电路板上分别安装有散热块和散热风扇，散热块通过螺丝与金属外壳固定。

进一步，金属外壳左右两侧设置有散热风扇的散热孔，前后侧盖板分布多个散热孔。

进一步，串口触摸屏通过螺丝固定于金属外壳一侧，并与控制电路板上的串口触摸屏接口连接，串口触摸屏用于人机交互、显示工作状态及提供操作界面。

进一步，所述控制电路板通过wifi接口与用于控制所述控制电路板工作的智能设备相连接。

本发明的有益效果是：本发明将传统的四个单轴驱动器及控制电路板集成于一台设备上，包含双轴伺服驱动电路板以及控制电路板，控制电路板可用于与上位机的人机交互、外围设备通信和运动规划，也可以用于自定义的运动控制IP核以及伺服驱动控制IP核。与此同时，本发明通过XINTF总线进行四个DSP模块之间的通信信息传输，实现了DSP模块控制各自的双轴伺服驱动电路板驱动电机运动，可以更方便控制控制器，具有集成度高，成本低，体积小，独立性强，操作简单的优点。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的控制电路板结构示意图；

图2为本发明的驱动电路板结构示意图；

图3为本发明的控制电路板和驱动电路板装配示意图；

图4为本发明的整体结构示意图；

图5为本发明的整体结构爆炸图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1，图2，图3，图4，图5所示，本发明的一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器，包括一块由ZYNQ芯片和四片DSP芯片组成的控制电路板1、两块双轴伺服驱动电路板2、金属外壳3、金属底板4、金属顶板5、卡位板6、前后侧盖板7和串口触摸屏8；ZYNQ芯片的接口包括编码器排线接口9、24V电源和通用IO及串口排线接口10、外扩DDR3 1GB内存、两个USB2.0接口11、一个SD卡接口12、一个Mini USB接口13、两个千兆以太网口14、VGA显示接口15、JTAG调试接口16、独立24V电源输入接口17、WIFI接口18和串口触摸屏接口19；DSP芯片的接口有两个驱动板排线接口20和DSP调试接口21；ZYNQ与四个DSP芯片之间通过XINTF总线相连接；双轴伺服驱动电路板的接口包括一个控制电路板排线接口、一个交流电输入接口22、两个外接电机接口23、两个外接再生电阻接口24；金属顶板上固定有四轴编码器外接连接器25、24V电源和通用IO及串口外接连接器26、四轴电机外接连接器27和交流电输入外接连接器28。

其中，需要说明的是，VGA显示接口和两个USB2.0接口用于连接显示器和鼠标键盘以实现伺服驱动控制器的人机交互，此外WIFI接口可用于连接平板电脑或安卓手机以实现更加灵活的人机交互，串口触摸屏接口用于连接外接串口触摸屏，用于显示控制器的运行状态和进行简单的控制，SD卡用于存储系统文件。

Mini USB接口用于外接个人电脑等设备进行功能调试；两个千兆通用以太网口用于外接网络设备进行功能扩展；JTAG调试接口，DSP调试接口分别用于调试ZYNQ，DSP芯片功能；独立电源输入接口用于调试过程中单独供电。

其中，需要说明的是，四轴编码器外接连接器用于外接对应4个轴的编码器，以实现伺服电机运动的闭环控制；24V电源和通用IO及串口外接连接器用于为控制电路板提供24V直流电源，通用输入输出IO用于连接工业控制中的电磁阀，继电器等外接设备，串口用于与外部设备进行串口通信；四轴电机外接连接器用于外接对应的伺服电动机；交流电输入外接连接器用于为两块驱动板提供220V交流电源。

进一步，两块双轴伺服驱动电路板2位于控制电路板1两侧，所述双轴伺服驱动电路板2的排线接口通过排线与所述控制电路板的排线接口相连接，所述双轴伺服驱动电路板2和控制电路板1通过四个卡位板6及螺丝固定连接，四个卡位板6分别通过螺丝与金属外壳3固定连接，金属外壳3通过螺丝与金属底板4和金属顶板5固定连接，前后侧盖板7分别通过螺丝固定在金属外壳3上；四轴编码器外接连接器25与控制电路板1上的编码器排线接口通过排线连接，24V电源和通用IO及串口外接连接器26与控制电路板上的24V电源和通用IO及串口排线接口相连接；四轴电机外接连接器27与两块驱动板上的四个电机接口相连接；交流电输入外接连接器28与两块驱动板上的交流电输入接口相连接。

本实施例中，两块双轴伺服驱动电路板2上分别安装散热块29和散热风扇30，散热块29通过螺丝与金属外壳3固定。

本实施例中，金属外壳3左右两侧设置有散热风扇的散热孔，前后侧盖板7分布多个散热孔。

本实施例中，串口触摸屏8通过螺丝固定于金属外壳3一侧，并于控制电路板上的串口触摸屏接口19连接，串口触摸屏8用于人机交互、显示工作状态及提供操作界面。

本实施例中，主控ZYNQ芯片集成双核ARM Cortex-A9处理器和现场可编程逻辑单元FPGA，其中ARM处理器部分运行Linux系统，主要负责上位机的人机交互、外围设备通信和运动规划，FPGA部分用于扩展外设接口和挂载自定义的运动控制IP核以及伺服驱动控制IP核，通过XINTF总线将运动控制信号分别传给四个DSP模块，DSP模块控制各自的双轴伺服驱动电路板驱动电机运动。

其中，需要说明的是，本发明的一体式伺服驱动控制器的人机交互有三种途径：一种是连接显示器和鼠标键盘的方式进行软件界面显示和控制等操作，一种是通过WIFI热点的方式连接到平板电脑上进行软件界面显示和控制，另一种是通过串口触摸屏进行简易的工作状态显示和控制。本实施例所提供的一体式伺服驱动控制器能够实现人机交互方式灵活多样，且有独立的，不借助外接设备的交互方式。外围设备通讯包括外接串口设备，以太网口设备，通用IO设备，四轴编码器等，以实现完整精确的伺服电机运动闭环控制。

其中，需要说明的是，DSP部分电路可用于实现的功能有：与上位ZYNQ芯片进行数据交互，控制下位电机驱动电路。4个DSP芯片部分电路相互独立，每个DSP芯片通过XINTF总线与ZYNQ芯片进行通信，接收ZYNQ芯片的运动控制指令并发送报警信号等反馈信号。每个DSP芯片通过向对应的下位电机驱动电路发送多路PWM信号以及母线控制信号，再生制动控制信号等脉冲信号控制对应电机驱动电路的工作状态。

其中，需要说明的是，每块双轴伺服驱动电路板包含两个独立的伺服电机驱动电路，驱动板内的2个伺服电机驱动电路相互独立。一个伺服电机驱动电路主要包括PWM信号光耦隔离电路，一片高度集成的3相无刷直流电机驱动电路电路，电流采样电路，母线电压采样电路。一个伺服电机驱动电路主要处理的功能是接收对应的上位DSP芯片发送的控制信号，通过控制SD30M60AC芯片内部IGBT的关断进而控制外接伺服电机运动，并将电流检测信号，报警信号等反馈信号发送至对应DSP芯片中，以保证对伺服电机运动的闭环控制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器，其特征在于：包括一块由ZYNQ芯片和四片DSP芯片组成的控制电路板、两块双轴伺服驱动电路板、金属外壳、金属底板、金属顶板、卡位板、前后侧盖板和串口触摸屏；所述ZYNQ芯片包括编码器排线接口、24V电源和通用IO及串口排线接口、外扩DDR3 1GB内存、两个USB2.0接口、一个SD卡接口、一个Mini USB接口、两个千兆以太网口、VGA显示接口、JTAG调试接口、独立24V电源输入接口、WIFI接口、串口触摸屏接口；所述DSP芯片的包括两个驱动板排线接口和DSP调试接口；ZYNQ与四个DSP芯片之间通过XINTF总线相连接；所述双轴伺服驱动电路板包括一个控制电路板排线接口、一个交流电输入接口、两个电机接口、两个再生电阻接口，所述金属顶板固定有四轴编码器外接连接器、24V电源和通用IO及串口外接连接器、四轴电机外接连接器和交流电输入外接连接器。

2.根据权利要求1所述的一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器，其特征在于：两块双轴伺服驱动电路板位于控制电路板两侧，所述双轴伺服驱动电路板的排线接口通过排线与所述控制电路板的排线接口相连接，所述双轴伺服驱动电路板和控制电路板通过四个卡位板及螺丝固定连接，四个卡位板分别通过螺丝与金属外壳固定连接，金属外壳通过螺丝与金属底板和金属顶板固定连接，前后侧盖板分别通过螺丝固定在金属外壳上；四轴编码器外接连接器与控制电路板上的编码器排线接口通过排线连接，24V电源和通用IO及串口外接连接器与控制电路板上的24V电源和通用IO及串口排线接口相连接；四轴电机外接连接器与两块驱动板上的四个电机接口相连接；交流电输入外接连接器与两块驱动板上的交流电输入接口相连接。

3.根据权利要求2所述的一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器，其特征在于：两块双轴伺服驱动电路板上分别安装有散热块和散热风扇，散热块通过螺丝与金属外壳固定。

4.根据权利要求3所述的一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器，其特征在于：金属外壳左右两侧设置有散热风扇的散热孔，前后侧盖板分布多个散热孔。

5.根据权利要求1所述的一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器，其特征在于：串口触摸屏通过螺丝固定于金属外壳一侧，并与控制电路板上的串口触摸屏接口连接，串口触摸屏用于人机交互、显示工作状态及提供操作界面。

6.根据权利要求1所述的一种四轴合一的一体式伺服驱动控制器，其特征在于：所述控制电路板通过wifi接口与用于控制所述控制电路板工作的智能设备相连接。

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