CN201955650U

CN201955650U - 一种三坐标运动控制器

Info

Publication number: CN201955650U
Application number: CN2011200536519U
Authority: CN
Inventors: 胡小勇; 侯立功; 屈寅春; 邹晔
Original assignee: Wuxi Institute of Technology
Current assignee: Wuxi Institute of Technology
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-03-03

Abstract

本实用新型一种三坐标运动控制器涉及单片机及电子技术应用领域，特别是一种简易定位控制的三坐标运动控制器。包括控制盒、电路板、人机操作界面、手摇脉冲发生器MPG和控制电路，人机操作界面具有LED显示屏和控制按键，人机操作界面和手摇脉冲发生器MPG设置在控制盒上，电路板安装在控制盒内，控制电路装配在电路板上，控制电路包括单片机、输入信号电路部分、输出信号电路部分、手摇脉冲发生器MPG控制电路部分、LED显示及按键电路部分和串行通讯接口电路部分，各部分均为独立的功能模块，单片机电路与其它各部分功能电路模块之间通过系统总线相连。本实用新型结构简单、操作容易、易于安装和调试。

Description

一种三坐标运动控制器

技术领域

本实用新型一种三坐标运动控制器涉及单片机及电子技术应用领域，特别是一种适用于简易定位控制的三坐标运动控制器。

背景技术

运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。运动控制技术主要基于数控、机器人等工业自动化技术而发展。近年来，随着运动控制技术的不断进步和完善，运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品，已经应用在检测、机加工、装配等产业领域。在检验、测量领域内一些需要简易定位控制的行业，比如国内大批的小型印制板生产厂家，常需要人工或自动操纵放大显示装置前、后、上、下、左、右移动，对印制电路板进行人工检验，而且需要操作简单方便。大量市场调研总结整理完成的用户对于简易测量定位装置所需具备的功能如表1所示。

表1 简易测量定位控制器功能需求表

目前市场上能够满足上述要求的控制器有三轴联动数控系统、通用运动控制器、开放式运动控制器等产品。但即便是最简单的经济型数控系统也具备模态指令、多指令共段、多种曲线插补、螺纹加工、自动对刀、PLC等多种机能。在花费了将近万元代价购回的经济型数控系统却只使用了其极少的一点功能，有点大材小用，不经济。况且对于经济实力不是太雄厚的中小型企业而言，高档的三坐标控制器不但结构复杂，而且价格不菲。对于一些控制要求简单、准确度和精度要求不是很高的应用场合，如何找到与之匹配的经济型运动控制器是目前检测定位机械制造领域面临的一个问题。

发明内容

本实用新型一种三坐标运动控制器的目的是针对上述问题，提供一种适用于简易定位控制的三坐标运动控制器，能够实现手动、自动模式下X、Y、Z三个方向简易坐标定位，手动坐标轴选择，坐标轴运行限位保护等功能，满足目前机加工、检测等领域一些低端客户的实际需要。

一种三坐标运动控制器是采取以下技术方案实现的：一种三坐标运动控制器包括控制盒、电路板、人机操作界面、手摇脉冲发生器MPG和相应控制电路。人机操作界面具有LED显示屏和控制按键，人机操作界面和手摇脉冲发生器MPG设置在控制盒上，电路板安装在控制盒内，控制电路装配在电路板上，所述的控制电路包括单片机、输入信号电路部分、输出信号电路部分、手摇脉冲发生器MPG控制电路部分、LED显示及按键电路部分和串行通讯接口电路部分，所述的各部分均为独立的功能模块，单片机电路与其它各部分功能电路模块之间通过系统总线相连。

所述的手摇脉冲发生器MPG采用市售的光电脉冲式手摇脉冲发生器。

所述的控制按键包括数字输入信号键和参数设置按键。

单片机是一种三坐标运动控制器的核心，完成手动输入信号的计数、自动定位坐标位置的计算、电机驱动信号的发送以及显示、编辑、操作等人机接口功能。

所述的单片机采用市售的ATMEL公司AVR Mega64单片机，该单片机体积小巧、经济实惠，同时具备内置EEPROM的优势，方便存储用户设置的各项参数。

输入信号电路部分的信号主要包括启动、停止按钮信号以及极限开关输入信号等，输入信号电路部分对上述信号进行处理。

输出信号电路部分的输出信号包括步进X、Y、Z轴的运行方向、电机驱动器控制信号和外部动作继电器控制信号等。所述的输出信号设置为光电隔离和达林顿驱动输出，有效提高控制器的抗干扰能力和输出信号的驱动电流，可直接连接绝大部分负载电路，包括类似继电器的感性负载。

手摇脉冲发生器MPG控制电路部分用来提供脉冲信号以驱动设备运行，手摇盘控制电路部分包括鉴向电路和倍频电路，鉴向电路提供方向识别信号，指使设备按预定方向运行，倍频电路主要用来将信号放大，使其小信号放大到系统所需要的信号。这些信号可实现手动操纵坐标轴运行。

LED显示及按键电路部分是本实用新型的人机接口部分，是显示、编辑、操作等功能的实现平台。利用AVR-Mega64单片机的主从式SPI串行接口，配合软件编程，实现动态LED数码管显示及按键扫描与处理功能。

串行通讯接口电路部分是扩展接口，提供和上位计算机实时交换数据的能力。比如通过上位机对控制器预置参数，将控制器实时坐标位置传递给上位机等。

在所述的输入信号电路部分和输出信号电路部分设置有光电隔离电路，光电隔离电路可以增强控制器的抗干扰能力，在电隔离的情况下，以光为媒介传送信号，对输入和输出电路可以进行隔离。能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小耐冲击等好处。

工作原理：一种三坐标运动控制器在应用时，可通过人机接口（显示和按键）设置参数，结合控制盒上的控制按键操作，通过控制电路板输出不同方向和不同速率的控制脉冲。

本实用新型的有益效果在于：本发明采用了单片机作为核心，由于单片机芯片内部集成了FLASH ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、EEPROM等各种必要功能和外设。它的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。一种三坐标运动控制器结构简单、操作容易、易于安装和调试，在满足操作工艺流程要求的前提下，整台控制器操作控制部分的成本只有百元左右，达到了相当经济实用的目的。能够实现手动、自动模式下X、Y、Z三个方向简易坐标定位，手动坐标轴选择，坐标轴运行限位保护等功能，满足目前机加工、检测等领域一些低端客户的实际需要。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型简易三坐标运动控制器原理框图。

图2为本实用新型简易三坐标运动控制器系统结构图。

具体实施方式

参照附图1~2，本实用新型一种三坐标运动控制器包括控制盒、电路板、人机操作界面、手摇脉冲发生器MPG和相应控制电路。人机操作界面具有LED显示屏和控制按键，人机操作界面和手摇脉冲发生器MPG设置在控制盒上，电路板安装在控制盒内，控制电路装配在电路板上，所述的控制电路包括单片机1、输入信号电路部分2、输出信号电路部分3、手摇脉冲发生器MPG控制电路部分4、LED显示及按键电路部分5和串行通讯接口电路部分6，所述的各部分均为独立的功能模块，单片机1电路与其它各部分功能电路模块之间通过系统总线相连。

所述的控制按键包括数字输入信号键和参数设置按键。

单片机1是一种三坐标运动控制器的核心，完成手动输入信号的计数、自动定位坐标位置的计算、电机驱动信号的发送以及显示、编辑、操作等人机接口功能。

输入信号电路部分2的信号主要包括启动、停止按钮信号以及极限开关输入信号等，输入信号电路部分对上述信号进行处理。

输出信号电路部分3的输出信号包括步进X、Y、Z轴的运行方向、电机驱动器控制信号和外部动作继电器控制信号等。所述的输出信号设置为光电隔离和达林顿驱动输出，有效提高控制器的抗干扰能力和输出信号的驱动电流，可直接连接绝大部分负载电路，包括类似继电器的感性负载。

手摇脉冲发生器MPG控制电路部分4用来提供脉冲信号以驱动设备运行，手摇脉冲发生器MPG控制电路部分4包括鉴向电路和倍频电路，鉴向电路提供方向识别信号，指使设备按预定方向运行，倍频电路主要用来将信号放大，使其小信号放大到系统所需要的信号。这些信号可实现手动操纵坐标轴运行。

LED显示及按键电路部分5是本实用新型的人机接口部分，是显示、编辑、操作等功能的实现平台。利用AVR-Mega64单片机的主从式SPI串行接口，配合软件编程，实现动态LED数码管显示及按键扫描与处理功能。

串行通讯接口电路部分6是扩展接口，提供和上位计算机实时交换数据的能力。比如通过上位机对控制器预置参数，将控制器实时坐标位置传递给上位机等。

在所述的输入信号电路部分2和输出信号电路部分3设置有光电隔离电路，光电隔离电路可以增强控制器的抗干扰能力，在电隔离的情况下，以光为媒介传送信号，对输入和输出电路可以进行隔离。能有效地抑制系统噪声，消除接地回路的干扰，有响应速度较快、寿命长、体积小耐冲击等好处。

Claims

1.一种三坐标运动控制器，其特征在于包括控制盒、电路板、人机操作界面、手摇脉冲发生器MPG和控制电路，人机操作界面具有LED显示屏和控制按键，人机操作界面和手摇脉冲发生器MPG设置在控制盒上，电路板安装在控制盒内，控制电路装配在电路板上，所述的控制电路包括单片机、输入信号电路部分、输出信号电路部分、手摇脉冲发生器MPG控制电路部分、LED显示及按键电路部分和串行通讯接口电路部分，所述的各部分均为独立的功能模块，单片机电路与其它各部分功能电路模块之间通过系统总线相连；

输入信号电路部分的信号包括启动、停止按钮信号以及极限开关输入信号；

输出信号电路部分的输出信号包括步进X、Y、Z轴的运行方向、电机驱动器控制信号和外部动作继电器控制信号；

手摇盘控制电路部分包括鉴向电路和倍频电路。

2.根据权利要求1所述的一种三坐标运动控制器，其特征在于所述的手摇脉冲发生器MPG采用光电脉冲式手摇脉冲发生器。

3.根据权利要求1所述的一种三坐标运动控制器，其特征在于所述的控制按键包括数字输入信号键和参数设置按键。

4.根据权利要求1所述的一种三坐标运动控制器，其特征在于所述的单片机采用ATMEL公司AVR Mega64单片机。

5.根据权利要求1所述的一种三坐标运动控制器，其特征在于所述的输出信号设置为光电隔离和达林顿驱动输出。

6.根据权利要求1所述的一种三坐标运动控制器，其特征在于在所述的输入信号电路部分和输出信号电路部分设置有光电隔离电路。