CN203324763U - 一种多轴运动控制器 - Google Patents
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Abstract
一种多轴运动控制器包括：上位机、数字信号控制器、伺服驱动器、伺服电机组成。上位机与数字信号控制器连接，数字信号控制器与伺服驱动器连接，伺服驱动器与伺服电机连接。伺服驱动器驱动伺服电机转动，伺服电机的转速及转轴位置等信息经伺服驱动器和数字信号控制器传递给上位机。上位机进行实时运算，并通过数字信号控制器和伺服驱动器控制伺服电机的运动。由于采用了数字信号控制器与DSP、FPGA等技术相比降低了开发难度，简化了设计复杂度，使用数字信号控制器内部的片内外设，提高了运动控制器的稳定性和可靠性。降低了装置构成的成本和开发成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于数控机床或机器人的运动控制器。尤其涉及一种多轴运动控制器。
背景技术
目前，开放式运动控制器多采用上位机+DSP组合的方案。如发明专利申请号为02155470.6 、公开日为2003年5月21日、公开号为CN1418762A的一种《多轴电机伺服运动控制装置》，其包含电机控制电路、电机接口电路、共享存储器、附属接口电路、传感信号电路构成，其特征在于，电机控制DSP电路由电机控制模块、PWM输出电路、A/D转换电路组成，电机接口电路由编码器接口、数字I/O电路以及PC接口电路组成。 该方案中数字信号处理器DSP不具备编码器接口等与运动控制相关的片内外设，需设计编码器接口等，外围接口电路设计繁琐复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种使用数字信号控制器实现电机的实时运动控制的运动控制器，消除现有技术的不足。
本实用新型的上述目的由以下技术方案实现：
本实用新型的多轴运动控制器包括：上位机、数字信号控制器、伺服驱动器、伺服电机组成。
上位机与数字信号控制器连接，数字信号控制器与伺服驱动器连接，伺服驱动器与伺服电机连接。
伺服驱动器驱动伺服电机转动，伺服电机的转速及转轴位置等信息经伺服驱动器和数字信号控制器传递给上位机。上位机进行实时运算，并通过数字信号控制器和伺服驱动器控制伺服电机的运动。
采用上述结构后，本实用新型的优点和有益效果：
1、数字信号控制器与数字信号处理器DSP、现场可编程门阵列FPGA等相比开发难度低，简化运动控制器的设计难度与复杂度。
2、数字信号控制器内部拥有许多与运动控制相关的片内外设，提高了运动控制器的稳定性和可靠性。
3、降低了装置构成的成本和开发成本。
附图说明
图1是本实用新型的总体框架图。
图2是本实用新型的一个数字信号控制器连接图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
本实用新型的具体实施方式为一种8轴运动控制器包括：上位机、4个数字信号控制器、8个伺服驱动器、8个伺服电机组成。
如图1本实用新型的总体框架图所示，上位机与4个数字信号控制器连接，每个数字信号控制器与2个伺服驱动器连接，每个伺服驱动器与1个伺服电机连接。
伺服驱动器驱动伺服电机转动，伺服电机的转速及转轴位置等信息经伺服驱动器和数字信号控制器传递给上位机。上位机进行实时运算，并通过数字信号控制器和伺服驱动器控制伺服电机的运动。
如图2本实用新型的一个数字信号控制器连接图所示，上位机采用工业控制计算机，数字信号控制器可以采用Microchip公司的16位高性能数字信号控制器DsPIC33EP256MU810等，其内置了编码器模块QEI、并行主端口模块PMP、定时器模块、高速PWM模块、CAN模块、485模块、SPI模块等。
上位机与数字信号控制器1之间使用接口芯片将上位机的PCI总线转换为LOCAL BUS总线与数字信号控制器1的并行主端口PMP连接，上位机可以直接向数字信号控制器1内的缓冲区读写数据，无需双端口RAM做接口的缓冲区。通过上位机的PCI接口芯片在PCI总线上映射一个存储空间和两个I/O空间，数字信号控制器1的并行主端口PMP缓冲区作为存储空间，实现上位机与数字信号控制器1的通讯。数字信号控制器1的并行主端口PMP可与并行的外设接口EBI等多种总线对接。
数字信号控制器1的编码器模块接口QEI1分别经过信调理电路1和伺服驱动器1接收并处理伺服电机1的编码器信号，从而获取电机的转速及转轴位置信息，读取伺服电机1的限位与回零信号。数字信号控制器1的编码器模块接口QEI2分别经过信号调理电路2和伺服驱动器2接收并处理伺服电机2的编码器信号，从而获取电机的转速及转轴位置信息，读取伺服电机2的限位与回零信号。信号调理电路实现外部设备与数字信号控制器的电平转换与电气隔离。数字信号控制器1通过并行主端口PMP将伺服电机1和伺服电机2的信息实时上传至上位机。上位机读取伺服电机1和伺服电机2的实时数据并完成插补运算，通过并行主端口PMP将计算得出的数据发送至数字信号控制器1。数字信号控制器1根据接收到的数据发出控制信号经过信号调理电路1和伺服驱动器1驱动伺服电机1运动。数字信号控制器1根据接收到的数据发出控制信号经过信号调理电路2和伺服驱动器2驱动伺服电机2运动。
使用数字信号控制器1中的SPI模块控制外接的数模转换器提供了模拟信号，如部分激光数控机床的激光源根据外部输入的模拟电压大小来改变激光功率，因此只要给出不同的模拟电压即可得到不同的工作功率。
数字信号控制器1生成PWM信号用于外部设备的功率控制，如部分激光数控机床的激光源功率根据外部输入的PWM信号来改变激光功率，因此改变PWM模块输出信号的占空比即可控制外部设备的功率。
通过设定数字信号控制器1的定时器模块产生不同频率的脉冲完成伺服电机1和伺服电机2的转速控制，通过普通输出端口实现伺服电机旋转方向的控制。伺服电机每接收一个脉冲走一步，数字信号控制器1的定时器模块产生的脉冲频率发生改变即可改变伺服电机的旋转速度；在伺服电机的方向控制端给出高电平电机即正转，给出低电平电机即反转，因此改变输出端口的电平值即可控制电机的旋转方向。
数字信号控制器1包含的CAN、485、SPI模块用于与其他设备的通讯。作为通用运动控制器，为更好的与其他设备兼容，因此设计了大量的通讯接口，以保证能与各种外设对接。CAN总线是最常见的一种现场总线，因此许多工业模块都设计了CAN总线接口，本运动控制器设计了CAN接口，可以通过CAN总线实现与外部设备的通讯；伺服驱动器的参数设定包括手动设定和上位机配置，通常使用485接口与上位机通讯，通过485接口可以利用运动控制器自动设定伺服驱动器的参数。许多工业器件也设计了SPI接口，可以利用数字信号控制器的SPI接口与设计了SPI接口的器件通讯。
同理，其他6路伺服电机的控制电路结构相同。
可见，采用数字信号控制器取代数字信号处理器完成实时运动控制，在简化运动控制器的开发同时降低了成本。
本实用新型的优点和有益效果：
1、数字信号控制器与DSP、FPGA等相比开发难度低，简化运动控制器的设计难度与复杂度。（1）现有技术方案中需设计双端口存储器作为缓冲区，本实用新型如图2所示，LOCAL BUS总线直接与数字信号控制器1的并行主端口PMP连接，无需设计缓冲模块。（2）数字信号控制器的编码器QEI包含了位置计数器、速度计数器、索引计数器等，用户无需设计片外的编码器接口及计算相关数据，直接读寄存器即可获取位置、速度信息。（3）该控制器开发采用C语言，用户只需要初步掌握C语言即可实现产品开发。而使用DSP需要掌握复杂的算法，使用FPGA需要掌握硬件描述语言来构建硬件，工作量大，开发难度高。
2、数字信号控制器拥有许多与运动控制相关的片内外设，提高了运动控制器的稳定性和可靠性。如图2所示，并行主端口PMP、编码器接口QEI全部为片内外设，模块的集成化有利于器件的稳定性和抗干扰能力。
3、降低了成本。采用数字信号控制器取代数字信号处理器完成实时运动控制，在简化运动控制器开发的同时降低成本。如图2所示，许多外设接口如并行主端口PMP、编码器接口QEI、CAN模块都被集成在数字信号控制器中，片内集成外设的成本远低于独立器件，用户使用数字信号控制器作为控制核心就无需购买各种外设如双端口存储器，因此开发成本大幅降低。
Claims (4)
1.一种多轴运动控制器，其特征包括：上位机、数字信号控制器、伺服驱动器、伺服电机组成；
上位机与数字信号控制器连接，数字信号控制器与伺服驱动器连接，伺服驱动器与伺服电机连接；
伺服驱动器驱动伺服电机转动，伺服电机的转速及转轴位置等信息经伺服驱动器和数字信号控制器传递给上位机，上位机进行实时运算，并通过数字信号控制器和伺服驱动器控制伺服电机的运动。
2.根据权利要求1所述的一种多轴运动控制器，其特征在于包括有多个所述的数字信号控制器，每个数字信号控制器分别通过两个伺服驱动器连接两个伺服电机。
3.根据权利要求2所述的一种多轴运动控制器，其特征在于所述的数字信号控制器有4个，分别经过8个伺服驱动器连接8个伺服电机。
4.根据权利要求3所述的一种多轴运动控制器，其特征在于所述的数字信号控制器与上位机之间使用转接芯片将上位机的高速总线转换为LOCAL BUS总线与数字信号控制器的并行主端口（PMP）连接，所述的数字信号控制器的编码器接口（QEI）与伺服驱动器之间连接有信号调理电路，信号调理电路实现外部设备与数字信号控制器的电平转换与电气隔离。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105373079A (zh) * | 2015-11-18 | 2016-03-02 | 张碧陶 | 一种运动控制器与伺服驱动器协同控制系统 |
| CN111045392A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-21 | 广东工业大学 | 一种基于fpga的伺服运动控制卡接口电路 |
| CN113093723A (zh) * | 2021-02-20 | 2021-07-09 | 中科龙人高新技术有限公司 | 一种用于智能移动机器人多轴运动联动控制器 |
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