CN114221598B - 一种可插拔式多轴一体化伺服驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可插拔式多轴一体化伺服驱动装置，包括底板以及一个电源模块和至少一个驱动模块，电源模块与底板插接后形成电连接，电源模块用于将直流电源和内部总线信号送入到底板，驱动模块与底板插接后形成电连接，底板用于将电源模块输出的直流电源和总线信号分别送入到各驱动模块中。电源模块通过底板给多个驱动模块提供直流电源、总线信号等，电源模块的网口是整个多轴一体化伺服驱动装置唯一对外的工业以太网总线控制接口。本发明使机柜内部的走线精减；且可根据现场的情况，需要控制几个轴，则相应的插入几个驱动模块即可，灵活性强；模块之间采用总线通信，具备传输速度快、功耗低、抗干扰性强等特点，整体性能提升。
Description
技术领域
本发明属于工业控制与自动化领域，具体涉及一种可插拔式多轴一体化伺服驱动装置。
背景技术
在多轴联动且空间有限的场合，设备的安装和走线会非常复杂。并且在后期的升级和调试过程中，会使维护人员的工作量加大，且容易出错。为了解决这些问题，市面上出现了一些共母线的伺服驱动器。共母线的伺服驱动器包括：1个电源模块和多个驱动模块，驱动模块的个数根据现场需要来定。但是驱动模块之间还是要用网线、电源线和铜排来连接。这样使系统内部整体的走线并未彻底改善，且工作人员的工时并没有减少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中至少一种缺陷，提供了一种可插拔式多轴一体化伺服驱动装置，本发明可以使机柜内部的线缆大幅度减少，设备的安装或升级更加方便，整机的性能更加可靠。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种可插拔式多轴一体化伺服驱动装置，包括底板以及一个电源模块和至少一个驱动模块，所述电源模块与底板插接后形成电连接，所述电源模块用于将直流电源和总线信号送入到底板，所述驱动模块与底板插接后形成电连接，所述底板用于将电源模块输出的直流电源和总线信号分别送入到各驱动模块中。
进一步地，所述电源模块、驱动模块上均设有金手指，所述底板上设有用于与电源模块以及各个驱动模块的金手指对应的金手指插槽；所述电源模块设有网口，作为整个多轴一体化伺服驱动装置唯一对外的总线控制接口；所述电源模块上设有交流电接口，用于连接交流输入；所述驱动模块上设有电机动力线接口和编码器接口。
进一步地，所述电源模块包括电源板，所述电源板设有电源正极金手指、电源负极金手指，所述电源板上设有整流单元，所述整流单元的输入端与交流电接口电连接，所述整流单元的两个输出端分别与电源正极金手指、电源负极金手指电连接；所述电源板上设有控制单元，所述电源板还设有总线金手指，所述电源板的总线金手指与电源板上的控制单元电连接，所述电源板上的控制单元与网口电连接。
进一步地，所述电源板上的控制单元通过PHY芯片与网口电连接；所述电源板上的控制单元采用FPGA。
进一步地，所述驱动模块包括驱动板，所述驱动板设有电源正极金手指、电源负极金手指，所述驱动板上设有主回路和控制单元，所述主回路的控制输入端与驱动板上的控制单元的输出端电连接，所述主回路的两个电源输入端分别与电源正极金手指、电源负极金手指电连接，所述主回路的三相输出端对应与电机动力线接口电连接；所述驱动板还设有总线金手指，所述驱动板的总线金手指与驱动板上的控制单元电连接；所述驱动板上的控制单元与编码器接口电连接。
进一步地，所述驱动板上的控制单元用于从驱动板的总线金手指接收来自总线的指令后，输出多路PWM波形到主回路；编码器接口通过线缆与编码器连接，编码器接口用于接收编码器采集的电机的位置信号和速度信号反馈到驱动板上的控制单元；所述驱动板上的控制单元采用FPGA。
进一步地，所述底板上设有至少两组金手指插槽，每组金手指插槽包含一个电源正极金手指插槽、一个电源负极金手指插槽以及一个总线金手指插槽，分别与电源模块或驱动模块的一个电源正极金手指、一个电源负极金手指以及一个总线金手指对应；多个电源正极金手指插槽依次电连接，多个电源负极金手指插槽依次电连接，多个总线金手指插槽依次电连接。
进一步地，多个电源正极金手指插槽通过设置在底板上的第一电源线依次电连接，多个电源负极金手指插槽通过设置在底板上的第二电源线依次电连接，多个总线金手指插槽通过设置在底板上的信号线依次电连接。
本发明至少具有如下有益效果：电源模块通过底板给多个驱动模块提供直流电源、内部总线信号等，所述电源模块上的网口，作为整个多轴一体化伺服驱动装置唯一对外的工业以太网总线控制接口；相比于以往的共母线伺服驱动器，本发明有以下优点：
(1)省掉了网线，电源线和铜排等，使机柜内部的走线精减；机柜内部的线缆大幅度减少、整体走线简洁明了。
(2)采用本发明的方案，灵活性强，根据现场的情况，需要控制几个轴，则相应的在底板上插入几个驱动模块即可。
(3)电源模块和驱动模块都采用金手指工艺，可以直接插入到底板的卡槽中，现场的安装和后期的维护更加方便，降低工时。
(4)模块之间内部总线物理层采用LVDS总线通信，具备传输速度快、功耗低、抗干扰性强等特点，整体性能提升。
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它的附图。
图1是本发明提供的一种可插拔式多轴一体化伺服驱动装置的电气连接示意图；
图2是本发明提供的一种可插拔式多轴一体化伺服驱动装置的电源模块的原理示意图；
图3是本发明提供的一种可插拔式多轴一体化伺服驱动装置的驱动模块的原理示意图。
附图中，1为底板，11为电源正极金手指插槽，12为电源负极金手指插槽，13为总线金手指插槽，2为电源模块，21为电源模块的电源正极金手指，22为电源模块的电源负极金手指，23为电源模块的总线金手指，24为三相交流电接口，25为网口，3为驱动模块，31为驱动模块的电源正极金手指，32为驱动模块的电源负极金手指，33为驱动模块的总线金手指，34为电机动力线接口，35为编码器接口。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
参见图1至图3，本发明实施例提供一种可插拔式多轴一体化伺服驱动装置，包括底板1以及一个电源模块2和至少一个驱动模块3，所述电源模块2与底板1插接后形成电连接，所述电源模块2用于将直流电源和内部总线信号送入到底板1，所述驱动模块3与底板1插接后形成电连接，所述底板1用于将电源模块2输出的直流电源和内部总线信号分别送入到各驱动模块3中。驱动模块3的个数根据需求来定。所述电源模块设有网口25，作为整个多轴一体化伺服驱动装置唯一对外的工业以太网总线控制接口，用于接收、发送总线信号。
进一步地，所述电源模块2、驱动模块3上均设有金手指，所述底板1上设有用于与电源模块2、驱动模块3的金手指对应的金手指插槽。
进一步地，所述电源模块2上设有三相交流电接口24，用于连接交流输入。
进一步地，所述驱动模块3上设有电机动力线接口34、编码器接口35。
电源模块2和底板1采用直插的连接方式。电源模块2的连接端采用金手指工艺，可以直接插入底板1的插槽，将直流电源和内部总线信号等送入到底板1。
驱动模块3和底板1也是采用直插的连接方式。驱动模块3的连接端同样采用金手指工艺，可以直接插入到底板1的插槽。底板1再将直流电源和内部总线信号送入到驱动模块3中。
电源模块2通过底板1同时给多个驱动模块3提供直流电源、总线信号等。所以网线，电源线和铜排都可以省掉。机柜内部的线缆大幅度减少、整体走线简洁明了。
进一步地，如图2所示，所述电源模块2包括电源板，所述电源板设有电源正极金手指21、电源负极金手指22，所述电源板上设有整流单元，所述整流单元的输入端与三相交流电接口24电连接，所述整流单元的两个输出端分别与电源正极金手指、电源负极金手指电连接；所述电源板上设有控制单元，所述电源板还设有总线金手指23，所述电源板的总线金手指23与电源板的控制单元电连接；电源板的控制单元与网口25电连接。
进一步地，所述电源板上的控制单元通过PHY芯片与网口电连接。
所述电源板的控制单元包括FPGA，所述FPGA与总线金手指电连接，所述FPGA通过PHY芯片与网口25电连接。
电源模块2的金手指部分的作用是让电源模块2和底板1进行电源和信号的传输。电源模块2分为整流单元和电源板的控制单元。整流单元将输入的三相交流220V整流后，通过金手指将直流电源送到底板1。电源板的控制单元接收外部指令，经过转换后送入驱动模块3。具体表现为：上位机控制系统装置给伺服驱动装置发送位置和速度指令。指令信号的走向流程：上位机控制系统装置→网口25→PHY芯片→FPGA→金手指。电源模块2通过LVDS总线将指令送到驱动模块3。LVDS总线具备传输速度快、功耗低、抗干扰性强等特点。所以本发明的整体性能优于以往的多轴伺服驱动器。
进一步地，如图3所示，所述驱动模块3包括驱动板，所述驱动板的下端设有电源正极金手指31、电源负极金手指32，所述驱动板上设有主回路和控制单元，所述主回路的控制输入端与控制单元的输出端电连接，所述主回路的两个电源输入端分别与电源正极金手指、电源负极金手指电连接，所述主回路的三相输出端与电机动力线接口34电连接；所述驱动板的下端还设有总线金手指33，所述内部总线金手指与控制单元电连接；所述控制单元与编码器接口35电连接。
进一步地，所述控制单元为FPGA，所述FPGA用于接收来自总线的指令后，输出多路PWM波形到主回路的逆变桥；编码器接口35通过线缆与编码器连接，编码器接口35用于接收编码器采集的电机的位置信号和速度信号反馈到FPGA。
如图3所示，驱动模块3的金手指部分的作用是让驱动模块3和底板1进行电源和信号的传输。驱动模块3分为主回路和控制单元。工作原理为：FPGA接收到LVDS总线里的指令后，输出6路PWM波形到主回路的逆变桥，电机开始运行；编码器将电机的位置信号和速度信号反馈到FPGA，形成闭环控制。以往伺服驱动器的主回路和控制单元是两块单独的板卡，板卡之间通过排线相连，整体的可靠性和抗干扰性会降低。而本发明的驱动模块3中主回路和控制部分集成在一块板上，所以体积小巧并且可靠性更好。
进一步地，电源板上还可以设置显示模块(如显示屏或显示数码管等)，电源板上的显示模块与电源板的控制单元的电连接，且电源板上的显示模块是整个多轴一体化伺服驱动装置唯一的显示模块。当然，也可以根据需要在电源模块和驱动模块上都设置显示模块，此时驱动模块的显示模块与驱动模块的控制单元电连接，电源模块的显示模块与电源模块的控制单元电连接。
进一步地，所述底板1上设有至少两组金手指插槽，每组金手指插槽包含一个电源正极金手指插槽11、一个电源负极金手指插槽12以及一个总线金手指插槽13，分别与电源模块或驱动模块的一个电源正极金手指、一个电源负极金手指以及一个总线金手指对应；多个电源正极金手指插槽11依次电连接，多个电源负极金手指插槽12依次电连接，多个总线金手指插槽13依次电连接。
底板上金手指插槽的组数根据需求来定。
多个电源正极金手指插槽通过设置在底板上的第一电源线依次电连接，多个电源负极金手指插槽通过设置在底板上的第二电源线依次电连接，多个总线金手指插槽通过设置在底板上的信号线依次电连接，使电源模块以及各驱动模块之间通过内部总线连接。
电源模块2和驱动模块3可以依次从左往右插入到底板1的金手指插槽中。电源模块2同时给多个驱动模块3提供直流电源、总线信号、JTAG信号等。电源模块2和驱动模块3之间的信号通过底板1相连。相比于以往的共母线伺服驱动器，本发明有以下优点：(1)省掉了网线，电源线和铜排等，使机柜内部的走线精减；(2)灵活性强。根据现场的情况，需要控制几个轴，则相应的插入几个驱动模块3即可；(3)现场的安装和后期的维护更加方便，降低工时；(4)模块之间采用LVDS总线通信，具备传输速度快、功耗低、抗干扰性强等特点，整体性能提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种可插拔式多轴一体化伺服驱动装置，其特征在于：包括底板以及一个电源模块和至少一个驱动模块，所述电源模块与底板插接后形成电连接，所述电源模块用于将直流电源和总线信号送入到底板，所述驱动模块与底板插接后形成电连接，所述底板用于将电源模块输出的直流电源和总线信号分别送入到各驱动模块中；
所述电源模块、驱动模块上均设有金手指，所述底板上设有用于与电源模块以及各个驱动模块的金手指对应的金手指插槽；所述电源模块设有网口，作为整个多轴一体化伺服驱动装置唯一对外的总线控制接口；所述电源模块上设有交流电接口，用于连接交流输入；所述驱动模块上设有电机动力线接口和编码器接口；
所述电源模块包括电源板，所述电源板设有电源正极金手指、电源负极金手指，所述电源板上设有整流单元，所述整流单元的输入端与交流电接口电连接，所述整流单元的两个输出端分别与电源正极金手指、电源负极金手指电连接；所述电源板上设有控制单元，所述电源板还设有总线金手指，所述电源板的总线金手指与电源板上的控制单元电连接，所述电源板上的控制单元与网口电连接。
2.如权利要求1所述的可插拔式多轴一体化伺服驱动装置，其特征在于：所述电源板上的控制单元通过PHY芯片与网口电连接；所述电源板上的控制单元采用FPGA。
3.如权利要求1所述的可插拔式多轴一体化伺服驱动装置，其特征在于：所述驱动模块包括驱动板，所述驱动板设有电源正极金手指、电源负极金手指，所述驱动板上设有主回路和控制单元，所述主回路的控制输入端与驱动板上的控制单元的输出端电连接，所述主回路的两个电源输入端分别与电源正极金手指、电源负极金手指电连接，所述主回路的三相输出端对应与电机动力线接口电连接；所述驱动板还设有总线金手指，所述驱动板的总线金手指与驱动板上的控制单元电连接；所述驱动板上的控制单元与编码器接口电连接。
4.如权利要求3所述的可插拔式多轴一体化伺服驱动装置，其特征在于：所述驱动板上的控制单元用于从驱动板的总线金手指接收来自总线的指令后，输出多路PWM波形到主回路；编码器接口通过线缆与编码器连接，编码器接口用于接收编码器采集的电机的位置信号和速度信号反馈到驱动板上的控制单元；所述驱动板上的控制单元采用FPGA。
5.如权利要求1所述的可插拔式多轴一体化伺服驱动装置，其特征在于：所述底板上设有至少两组金手指插槽，每组金手指插槽包含一个电源正极金手指插槽、一个电源负极金手指插槽以及一个总线金手指插槽，分别与电源模块或驱动模块的一个电源正极金手指、一个电源负极金手指以及一个总线金手指对应；多个电源正极金手指插槽依次电连接，多个电源负极金手指插槽依次电连接，多个总线金手指插槽依次电连接。
6.如权利要求5所述的可插拔式多轴一体化伺服驱动装置，其特征在于：多个电源正极金手指插槽通过设置在底板上的第一电源线依次电连接，多个电源负极金手指插槽通过设置在底板上的第二电源线依次电连接，多个总线金手指插槽通过设置在底板上的信号线依次电连接。
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