CN204832853U - 一种多接口运动控制器 - Google Patents

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周茂林
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周茂林
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Abstract

本实用新型提出了一种多接口运动控制器,包括ARM控制器、FPGA、上位机、串口、网口、USB接口、CAN接口、上位机、电机驱动器和电机,所述电机上安装有电机旋转编码器,所述ARM控制器分别通过所述串口、网口、USB接口和CAN接口与所述上位机连接,所述FPGA分别与所述ARM控制器和电机驱动器连接、用于对产生电机控制信号并进行调制输出、同时通过所述电机旋转编码器的反馈信号来读取所述电机的位置进行闭环控制,所述电机驱动器还与所述电机连接、用于驱动所述电机。实施本实用新型的多接口运动控制器,具有以下有益效果:能满足小型化、轻量级要求。

Description

一种多接口运动控制器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及运动控制领域,特别涉及一种多接口运动控制器。
背景技术
[0002] 在机器人、数控机床或其它多轴系的运动控制系统中,多轴运动控制器是最核心的组成部分,近年来越来越多的力量投入到多轴运动器的研究中,在市场上也出现了接口不一、性能各异的同类产品。随着机电设备智能化的发展,其控制系统的机载化、小型化成为一种必然的趋势。现有的运动控制设备多为运动控制卡,承载于工控主机,虽然性能强大但是平台复杂,体积庞大。无法达到小型化、轻量级的要求。
实用新型内容
[0003] 本实用新型要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述无法满足小型化、轻量级要求的缺陷,提供一种能满足小型化、轻量级要求的多接口运动控制器。
[0004] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种多接口运动控制器,包括ARM控制器、FPGA、上位机、串口、网口、USB接口、CAN接口、上位机、电机驱动器和电机,所述电机上安装有电机旋转编码器,所述ARM控制器分别通过所述串口、网口、USB接口和CAN接口与所述上位机连接,所述FPGA分别与所述ARM控制器和电机驱动器连接、用于对产生电机控制信号并进行调制输出、同时通过所述电机旋转编码器的反馈信号来读取所述电机的位置进行闭环控制,所述电机驱动器还与所述电机连接、用于驱动所述电机。
[0005] 在本实用新型所述的多接口运动控制器中,还包括SDRAM存储器,所述SDRAM存储器与所述ARM控制器连接、用于存储插补数据。
[0006] 在本实用新型所述的多接口运动控制器中,还包括闪存,所述闪存与所述ARM控制器连接、用于存储加工文件。
[0007] 在本实用新型所述的多接口运动控制器中,所述ARM控制器与所述FPGA通过SPI总线和I2C总线相互连接通信,所述SPI总线管理数据业务,所述I2C总线管理所述FPGA的状态及连接方式。
[0008] 在本实用新型所述的多接口运动控制器中,所述FPGA向所述ARM控制器提供关键事件中断信号。
[0009] 在本实用新型所述的多接口运动控制器中,所述串口包括UART接口。
[0010] 在本实用新型所述的多接口运动控制器中,所述电机驱动器为伺服电机驱动器或步进电机驱动器。
[0011] 实施本实用新型的多接口运动控制器,具有以下有益效果:由于使用ARM控制器、FPGA,上位机、串口、网口、USB接口、CAN接口、上位机、电机驱动器和电机,电机上安装有电机旋转编码器,ARM控制器分别通过串口、网口、USB接口和CAN接口与上位机连接,FPGA分别与ARM控制器和电机驱动器连接、用于对产生电机控制信号并进行调制输出、同时通过电机旋转编码器的反馈信号来读取电机的位置进行闭环控制,在一个设备上集成了多种接口,所以其能满足小型化、轻量级要求。
附图说明
[0012] 为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例,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。
[0013] 图1为本实用新型多接口运动控制器一个实施例中的结构示意图。
具体实施方式
[0014] 下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型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实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
[0015] 在本实用新型多接口运动控制器实施例中,其多接口运动控制器的结构示意图如图1所示。图1中,该多接口运动控制器包括ARM控制器、FPGA、上位机、串口、网口、USB接口、CAN接口、上位机、电机驱动器和电机,电机上安装有电机旋转编码器(图中未示出),ARM控制器分别通过串口、网口、USB接口和CAN接口与上位机连接,上位机可以通过串口、网口、USB接口向ARM控制器设置或发送加工数据或文件,即在上位机设计加工数据,在多接口运动控制器脱机时执行。FPGA分别与ARM控制器和电机驱动器连接、用于对产生电机控制信号并进行调制输出、同时通过电机旋转编码器的反馈信号来读取电机的位置进行闭环控制,电机驱动器还与电机连接、用于驱动电机。上述串口包括很多种接口,例如UART接口、RS232接口、RS485接口等等。值得一提的是,本实施例中,电机控制信号有两组,其中一组为方向信号,通过I或O来指定运动的方向,另外一组为步进信号,每发一个脉冲代表电机旋转一个角度;通过电机旋转编码器的反馈信号,可得知电机实际旋转的角度和位置。由于在一个设备(多接口运动控制器)上集成了多种接口,其大大减小了体积,所以其能满足小型化、轻量级要求。
[0016] 值得一提的是,本实施例中,FPGA设有FIFO存储器,当ARM控制器进行控制时,将电机每个轴当前的位移数据输入到FPGA的FIFO (First In First Out,先进先出)存储器,然后通过读取FPGA来得到电机当前的位置数据。FPGA根据ARM控制器设定的频率发送脉冲,捕捉旋转编码器的信号并将其返回给ARM控制器。本实施例中,该多接口运动控制器还包括SDRAM存储器,SDRAM存储器与ARM控制器连接、用于存储插补数据。本实施例中,SDRAM存储器的个数为两个,当然,在本实施例的一些情况下,SDRAM存储器的个数可根据具体情况进行相应扩展或缩减,其使用方式比较灵活。
[0017] 本实施例中,该多接口运动控制器还包括闪存,闪存即是NAND FLASH,闪存与ARM控制器连接、用于存储加工文件,例如:G代码或CNC文件等。本实施例中,ARM控制器与FPGA通过SPI总线和I2C总线相互连接通信,SPI总线管理数据业务,I2C总线管理所述FPGA的状态及连接方式。EINT为FPGA提供给ARM控制器的关键事件中断信号,以便ARM控制器在事件发生时读取FPGA的数据。
[0018] 本实施例中,电机驱动器为伺服电机驱动器或步进电机驱动器,可实现控制信号到电机电气驱动信号的转换。
[0019]总之,在本实施例中,在一个设备上集成了多种接口,所以其能满足小型化、轻量级要求。另外,该多接口运动控制器的功耗较低,与工控机等大型平台相比可以忽略不计。电机控制信号的产生及旋转编码器的计数采用FPGA实现,极大地增强了系统的精度和可靠性。
[0020] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多接口运动控制器,其特征在于,包括ARM控制器、FPGA,上位机、串口、网口、USB接口、CAN接口、上位机、电机驱动器和电机,所述电机上安装有电机旋转编码器,所述ARM控制器分别通过所述串口、网口、USB接口和CAN接口与所述上位机连接,所述FPGA分别与所述ARM控制器和电机驱动器连接、用于对产生电机控制信号并进行调制输出、同时通过所述电机旋转编码器的反馈信号来读取所述电机的位置进行闭环控制,所述电机驱动器还与所述电机连接、用于驱动所述电机。
2.根据权利要求1所述的多接口运动控制器,其特征在于,还包括SDRAM存储器,所述SDRAM存储器与所述ARM控制器连接、用于存储插补数据。
3.根据权利要求2所述的多接口运动控制器,其特征在于,还包括闪存,所述闪存与所述ARM控制器连接、用于存储加工文件。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的多接口运动控制器,其特征在于,所述ARM控制器与所述FPGA通过SPI总线和I2C总线相互连接通信,所述SPI总线管理数据业务,所述I2C总线管理所述FPGA的状态及连接方式。
5.根据权利要求4所述的多接口运动控制器,其特征在于,所述FPGA向所述ARM控制器提供关键事件中断信号。
6.根据权利要求1所述的多接口运动控制器,其特征在于,所述串口包括UART接口。
7.根据权利要求1所述的多接口运动控制器,其特征在于,所述电机驱动器为伺服电机驱动器或步进电机驱动器。
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