CN200981237Y - 一种位置控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种位置控制装置，为基于现场总线的串行总线结构，其包括：单片机，配有控制信号转换器；与单片机和数据总线驱动器相连的数据存储器、程序存储器；逻辑I/O译码器，与单片机相连，译出的逻辑控制信号至数据总线驱动器、脉冲控制单元及脉冲发生单元；现场总线控制器，输入接控制信号转换器，输出经至现场总线；位置输入单元，外接伺服驱动系统，输出与单片机通信；脉冲发生单元，接收来自单片机的输入信号，输出经脉冲控制单元至置脉冲输出单元，并外部伺服驱动系统电连接，形成六轴位置脉冲的控制输出；串口控制器为对外设置的连接接口。它能完成通用的位置控制操作，减少布线的复杂程度，抗干扰能力强，系统集成度高，实用、可靠、便于扩展。

Description

一种位置控制装置
技术领域
本实用新型涉及工业机器人位置控制装置，具体地说为一种在机器人系统和机器人生产线上使用的、用于控制机器人各个关节运动使整个机器人系统完成指定动作的功能单元-现场总线位置控制装置。
背景技术
在现有的机器人系统中，现场总线的位置控制普遍采用并行总线结构。这种结构使得机器人控制柜布线相对复杂，不易于扩展和在机器人生产线上应用。在一些有特殊要求的场合需要重新设计电控部分，此外复杂的并行总线布线使系统容易受到外界干扰。
实用新型内容
为了克服上述不足，本实用新型的目的是提供一种现场总线位置控制装置，它采用串行总线新结构，具有原有结构的全部功能，并具有布线简单，易于扩展，抗干扰能力强集成度高等特点，易于扩展和在机器人生产线上应用。
为了实现上述目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：为基于现场总线的串行总线结构，采用脉冲发送方式，对六个位置轴进行控制；其结构包括：
单片机，通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器、程序存储器、串口控制器、逻辑I/O译码器、数据总线驱动器、控制信号转换器及脉冲发生单元通信；
数据存储器，通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
程序存储器，通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
逻辑I/O译码器，通过控制信号、地址线直接与单片机相连，所译出的逻辑控制信号作为数据总线驱动器的输入信号与脉冲控制单元及脉冲发生单元相连；
数据总线驱动器，通过数据总线与单片机、数据存储器、程序存储器、脉冲发生单元、脉冲控制单元、以及逻辑I/O译码器通信；
控制信号转换器，安装在单片机与现场总线驱动器之间，适配用；
现场总线控制器，所述现场总线控制器以控制信号转换器的输出信号为输入信号，输出经串行现场总线控制器通过现场总线驱动器至现场总线；
逻辑I/O译码器，所述逻辑I/O译码器接收单片机的控制信号，所译出的选通信号与数据总线驱动单元的数据完成脉冲频率的设定，输出至脉冲控制单元；
位置输入单元，接收外部伺服驱动系统的差分信号，输出转换为TTL逻辑电平信号，与单片机通信，完成位置信号的转换；
脉冲发生单元，用于产生六轴控制脉冲，经数据总线通过数据总线驱动器、逻辑I/O译码器接收来自单片机的输入信号，输出至脉冲控制单元；
脉冲控制单元，所述脉冲控制单元接收脉冲发生单元的输出信号以及数据总线驱动单元、地址总线和控制总线上的信号，通过数据总线驱动单元、地址总线及控制总线上的信息，对六轴脉冲发生单元产生的脉冲进行控制并与位置脉冲输出单元通信；
位置脉冲输出单元，以六路形式与外部伺服驱动系统电连接，形成六轴位置脉冲的控制输出；
串口控制器，直接与单片机的串行接口相连，为对外设置的连接接口。
其中所述数据总线驱动器由第一～二总线驱动器组成，第一～二总线驱动器通过数据总线分别与单片机，数据存储器，程序存储器，脉冲发生单元，脉冲控制单元以及逻辑I/O译码器相连；
所述控制信号转换器一端通过控制信号、数据、地址总线与单片机相连，另一端与现场总线控制器相连；
脉冲发生单元由第一～四脉冲发生器脉冲发生器并联构成，四个脉冲发生器的输入端一方面与数据总线驱动单元相连；同时与逻辑I/O译码器的输出端相连，输出端组成六路TTL串信号分别送至脉冲控制单元；
所述脉冲控制单元由第五～七脉冲控制器构成，三个脉冲控制器输入端与脉冲发生单元的第一～四脉冲发生器的六路输出信号以两两一组方式相连，其输出端将TTL逻辑电平信号转换为差分信号，与位置脉冲输出装置连接；
所述位置脉冲输出单元由第四～六、七～九电路转换器组成，输入端接收脉冲控制单元的输出信号，输出端与外部伺服驱动系统电连接；
所述串口控制器由第一～三串口控制器组成，其第一串口控制器、第二串口控制器一方面直接与单片机的串行接口相连，另一方面对外设置一个接口，第三串口控制器位于单片机内，对外接至位置输入单元；
所述脉冲输入单元由第一～三电路转换器构成，第一～三电路转换器直接与外部伺服驱动系统电相连，将差分信号转换为TTL逻辑电平信号，输出经第三串口控制器与单片机相连接。
本实用新型具有如下有益效果：
1.本实用新型通过串行的布线方式，简化了原来并行布线的复杂度，可作为机器人各个关节的位置控制或其他设备位置控制，特别是可适用于一些有特殊要求的场合的电控部分设计结构。
2.本实用新型采用串行布线，减少了布线数量，即减少了线间干扰，增强了系统的抗干扰能力。
3.由于本实用新型采用现场总线连接方式，在现场总线所允许节点数量的范围内可以实现方便配置，进行相应的软件调整，又不需要重新进行电器硬件的重新设置，减少了开发周期。
4.本实用新型通过采用脉冲发送方式实现位置控制，使得系统能够在体积较小的空间内实现对六个位置轴进行控制，使整个控制系统的集成度大幅度提高。
附图说明
图1为本发明控制装置总体结构图。
图2为图1中CPU系统电路原理图。
图3为图1中总线驱动和地址译码原理图。
图4为图1中六轴脉冲控制单元原理图。
图5为图1中六轴脉冲发生单元原理图。
图6为图1中位置脉冲输出装置与位置输入装置原理图。
图7为图1中现场总线通讯电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1-7所示，本实用新型为基于现场总线的串行总线结构，采用脉冲发送方式，对六个位置轴进行控制；具体包括：
如图1、2、3、7所示，单片机D1，通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器、程序存储器、串口控制器、逻辑I/O译码器、数据总线驱动器、控制信号转换器及脉冲发生单元通信；
如图1、2所示，数据存储器D4，通过数据、地址总线、控制信号与单片机D1相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
如图1、2所示，程序存储器D5，通过数据、地址总线、控制信号与单片机D1相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
如图1、2所示，逻辑I/O译码器D6，通过控制信号、地址线直接与单片机D1相连，所译出的逻辑控制信号作为数据总线驱动器的输入信号与脉冲控制单元及脉冲发生单元相连；
如图1、3-5所示，数据总线驱动器，由第一～二总线驱动器D7～D8组成，第一～二总线驱动器D7～D8，通过数据总线与单片机D1、数据存储器D4、程序存储器D5、脉冲发生单元、脉冲控制单元、以及逻辑I/O译码器D6通信；
如图1、7所示，控制信号转换器D25，安装在单片机D1与现场总线驱动器之间，适配用；所述控制信号转换器D25一端通过控制信号、数据、地址总线与单片机D1相连，另一端与现场总线控制器D26相连；
如图1、4-5所示，现场总线控制器，所述现场总线控制器D26以控制信号转换器D25的输出信号为输入信号，输出经串行现场总线控制器通过现场总现驱动器至现场总线；
如图1、4-5所示，逻辑I/O译码器D6，接收单片机D1的控制信号，所译出的选通信号与数据总线驱动单元的数据完成脉冲频率的设定，输出至脉冲控制单元；
如图1、6所示，位置输入单元，由第一～三电路转换器D19～D21构成，第一～三电路转换器D19～D21直接与外部伺服驱动系统的控制接口相连，将差分信号转换为TTL逻辑电平信号，经第三串口控制器接至单片机D1、与单片机通信，完成位置信号的转换；
如图1、4-5所示，脉冲发生单元，用于产生六轴控制脉冲，经数据总线通过数据总线驱动器、逻辑I/O译码器接收来自单片机D1的输入信号，输出至脉冲控制单元；具体结构由第一～四脉冲发生器D12～D15脉冲发生器构成，并联连接，每个脉冲发生器有三组信号输出，两两一组构成六路输出信号；四个脉冲发生器的输入端一方面与数据总线驱动单元相连；同时与逻辑I/O译码器D6的输出端相连，输出端组成六路TTL串信号分别送至脉冲控制单元。
如图1、5所示，脉冲控制单元，接收脉冲发生单元的输出信号以及数据总线驱动单元、地址总线和控制总线上的信息，通过数据总线驱动单元、地址总线及控制总线上的信息，对六轴脉冲发生单元产生的脉冲进行控制；脉冲控制单元由第五～七脉冲控制器D9～D11构成，三个脉冲控制器输入端与脉冲发生单元的第一～四脉冲发生器D12～D15的六路输出信号(两两一组)相连，并与数据总线驱动单元、地址总线以及控制总线相连，其输出端将TTL逻辑电平信号转换为差分信号，与位置脉冲输出装置连接。
如图1、6所示，位置脉冲输出单元，与外部伺服驱动系统电连接，通过六轴脉冲控制信号控制伺服驱动系统；所述位置脉冲输出单元由第四～六、七～九电路转换器D16～D18、D22～D24组成，输入端接收脉冲控制单元的输出信号，输出端与外部伺服驱动系统电连接，实现六轴位置脉冲的控制输出；
如图1-2所示，串口控制器，由第一～三串口控制器组成，其第一串口控制器D2(采用RS232)、第二串口控制器D3(采用RS485)一方面直接与单片机D1的串行接口相连，另一方面对外设置一个接口，第三串口控制器位于单片机D1内，对外接至位置输入单元。
本实用新型具体工作过程及原理为：
单片机D1与程序存储器D5、数据存储器D4组成嵌入式计算机基本系统，执行应用程序，通过现场总线控制器D26及控制信号转换器D25完成与现场总线上其他计算机系统的数据交换，也可根据需要通过第一或二串口控制器D2或D3实现通讯；逻辑I/O译码器D6主要完成对外围设备的地址分配和译码；脉冲发生单元的第一脉冲发生器D12，第二脉冲发生器D13，第三脉冲发生器D14和第四脉冲发生器D15的一端与总线驱动单元的第一数据总线驱动器D7和第二数据总线驱动器D8相连，总线驱动单元的第一数据总线驱动器D7和第二数据总线驱动器D8与单片机D1数据总线相连，并由单片机D1通过数据总线驱动单元的第一总线驱动器D7和第二总线驱动器D8完成对脉冲发生单元初始化，产生指定频率与数量的脉冲；并通过脉冲控制单元的第一脉冲控制器D9、第二脉冲控制器D10和第三脉冲控制器D11进行控制，实现对六个伺服电机的六轴位置控制；位置脉冲输出单元通过第四～六及七～九电路转换器D16～D18及D22～D24控制伺服电机驱动器实现位置控制。
本实施例所述单片机D1可以采用AT9140800，数据存储器D4可以采用61LV25616，程序存储器D5可以采用49BV160、逻辑I/O译码器D6可以采用EPM7032、控制信号转换器D25可以采用EPM7032、第一～二总线驱动器D7～D8可以采用74HC245，现场总线控制器D26可以采用SJ1000T，脉冲控制单元的第五～七脉冲控制器D9～D11可以采用EPM7064，脉冲发生单元的脉冲发生器可以采用MC8254，脉冲输出单元的第七～九电路转换器D22～D24可以采用MC3487，位置输入单元的电路转换器可以采用MC3486。
脉冲发生单元产生指定的频率与数量的位置脉冲，经过位置脉冲控制单元控制经过位置输出转换装置输出，以达到位置控制的目的。
本实用新型能完成通用的位置控制操作，减少了布线的复杂程度，具有抗干扰能力强，实用、可靠、通用和便于扩展的特点。

Claims (8)

1.一种位置控制装置，其特征在于：为基于现场总线的串行总线结构，采用脉冲发送方式，对六个位置轴进行控制；其结构包括：
单片机，通过数据、地址总线、控制信号与数据存储器、程序存储器、串口控制器、逻辑I/O译码器、数据总线驱动器、控制信号转换器及脉冲发生单元通信；
数据存储器，通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
程序存储器，通过数据、地址总线、控制信号与单片机相连，并通过数据总线与数据总线驱动器相连；
逻辑I/O译码器，通过控制信号、地址线直接与单片机相连，所译出的逻辑控制信号作为数据总线驱动器的输入信号与脉冲控制单元及脉冲发生单元相连；
数据总线驱动器，通过数据总线与单片机、数据存储器、程序存储器、脉冲发生单元、脉冲控制单元、以及逻辑I/O译码器通信；
控制信号转换器，安装在单片机与现场总线驱动器之间，适配用；
现场总线控制器，所述现场总线控制器以控制信号转换器的输出信号为输入信号，输出经串行现场总线控制器通过现场总线驱动器至现场总线；
逻辑I/O译码器，所述逻辑I/O译码器接收单片机的控制信号，所译出的选通信号与数据总线驱动单元的数据完成脉冲频率的设定，输出至脉冲控制单元；
位置输入单元，接收外部伺服驱动系统的差分信号，输出转换为TTL逻辑电平信号，与单片机通信，完成位置信号的转换；
脉冲发生单元，用于产生六轴控制脉冲，经数据总线通过数据总线驱动器、逻辑I/O译码器接收来自单片机的输入信号，输出至脉冲控制单元；
脉冲控制单元，所述脉冲控制单元接收脉冲发生单元的输出信号以及数据总线驱动单元、地址总线和控制总线上的信号，通过数据总线驱动单元、地址总线及控制总线上的信息，对六轴脉冲发生单元产生的脉冲进行控制并与位置脉冲输出单元通信；
位置脉冲输出单元，以六路形式与外部伺服驱动系统电连接，形成六轴位置脉冲的控制输出；
串口控制器，直接与单片机的串行接口相连，为对外设置的连接接口。
2.按权利要求1所述位置控制装置，其特征在于：所述数据总线驱动器由第一～二总线驱动器(D7～D8)组成，第一～二总线驱动器(D7～D8)通过数据总线分别与单片机(D1)，数据存储器(D4)，程序存储器(D5)，脉冲发生单元，脉冲控制单元以及逻辑I/O译码器(D6)相连。
3.按权利要求1所述位置控制装置，其特征在于：所述控制信号转换器(D25)一端通过控制信号、数据、地址总线与单片机(D1)连，另一端与现场总线控制器(D26)相连。
4.按权利要求1所述位置控制装置，其特征在于：脉冲发生单元，由第一～四脉冲发生器(D12～D15)脉冲发生器并联构成，四个脉冲发生器的输入端一方面与数据总线驱动单元相连；同时与逻辑I/O译码器(D6)的输出端相连，输出端组成六路TTL串信号分别送至脉冲控制单元。
5.按权利要求1所述位置控制装置，其特征在于：所述脉冲控制单元由第五～七脉冲控制器(D9～D11)构成，三个脉冲控制器输入端与脉冲发生单元的第一～四脉冲发生器(D12～D15)的六路输出信号以两两一组方式相连，其输出端将TTL逻辑电平信号转换为差分信号，与位置脉冲输出装置连接。
6.按权利要求1所述位置控制装置，其特征在于：所述位置脉冲输出单元由第四～六、七～九电路转换器(D16～D18、D22～D24)组成，输入端接收脉冲控制单元的输出信号，输出端与外部伺服驱动系统电连接。
7.按权利要求1所述位置控制装置，其特征在于：所述串口控制器由第一～三串口控制器组成，其第一串口控制器(D2)、第二串口控制器(D3)一方面直接与单片机(D1)的串行接口相连，另一方面对外设置一个接口，第三串口控制器位于单片机(D1)内，对外接至位置输入单元。
8.按权利要求1所述位置控制装置，其特征在于：所述脉冲输入单元由第一～三电路转换器(D19～D21)构成，第一～三电路转换器(D19～D21)直接与外部伺服驱动系统电相连，将差分信号转换为TTL逻辑电平信号，输出经第三串口控制器与单片机(D1)相连接。
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