CN205809673U - 一种机械手的总线多轴伺服控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种机械手的总线多轴伺服控制系统，包括上位PLC、由至少五个伺服驱动器组成的伺服驱动器组，以及由至少五个伺服电机组成的伺服电机组，所述上位PLC与伺服驱动器组之间通过通讯总线连接一通讯模块，所述通讯模块用于上位PLC与伺服驱动器组的并行实时通讯。自主开发的可扩展通讯模块的多个RS485串口直接连接机械手的伺服驱动器，将接收到的上位PLC控制指令同时送达各RS485串口并高速发送到各伺服驱动器，同时将伺服驱动器反馈的当前位置、状态等信息回馈给上位PLC，不同于传统串行通讯的方式，实现并行通讯，大大提高了通讯效率和实时性，且系统通用性强，成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械手控制技术领域，具体涉及一种机械手的总线多轴伺服控制系统。
背景技术
传统机械手的伺服控制一般采用向伺服驱动器发送高速脉冲进行控制，其缺点是高速脉冲信号易受外界干扰，传输距离近，控制系统接线复杂，而且能够控制的轴数有限。采用总线控制可以避免上述问题，但一般的运动控制总线成本较高，对上位控制器有要求，通用性差。MODBUS通讯协议是开发式主从协议，绝大多数上位机都可以支持，可以通过级联控制多轴，但串行的通信方式导致通讯效率低，实时性差。
实用新型内容
本实用新型提供了一种机械手的总线多轴伺服控制系统，克服现有总线控制实时性差、通讯效率低、成本高等问题。
本实用新型提供的一种机械手的总线多轴伺服控制系统，包括上位PLC、由至少五个伺服驱动器组成的伺服驱动器组，以及由至少五个伺服电机组成的伺服电机组，每个伺服驱动器都连接一个伺服电机，每个伺服电机对应机械手的一个轴，通过上位PLC发送控制指令给伺服驱动器，由伺服驱动器控制伺服电机动作实现对机械手动作的控制。
在现有技术的基础上，本实用新型还做出如下改进：所述上位PLC与伺服驱动器组之间通过通讯总线连接一通讯模块，所述通讯模块用于上位PLC与伺服驱动器组的并行实时通讯。上位PLC将控制指令同时发送到通讯模块的各串口，再由通讯模块同时发送给伺服驱动器组，实现了上位PLC与伺服驱动器组的并行通讯，实时性强。
进一步的，所述通讯模块包括一个主CPU，与主CPU通过SPI总线连接的若干子CPU，与各子CPU连接的RS485通讯芯片，与主CPU连接的RS485通讯芯片，以及与主CPU连接的电源转换芯片。与各子CPU连接的RS485通讯芯片与伺服驱动器组的各个伺服驱动器分别实时通讯，与主CPU连接的RS485通讯芯片与上位PLC实时通讯。
更进一步的，所述子CPU数量和机械手轴数相同。
更进一步的，所述通讯模块还包括在子CPU和RS485通讯芯片之间连接的通讯指示灯，显示通讯状态。
优选的，所述通讯总线采用MODBUS RTU总线。MODBUS通讯协议可支持绝大多数上位控制器，通用性强。
进一步的，所述多轴机械手的伺服总线控制系统还包括与上位PLC通过RS232串口连接的人机界面。所述人机界面采用触摸屏，用于设定伺服运动的位置、速度、加速度时间等参数，还可以规划伺服运动的路径。
本实用新型的有益效果：
1、自主开发的可扩展通讯模块的多个RS485串口直接连接机械手的伺服驱动器，将接收到的上位PLC控制指令同时送达各RS485串口并高速发送到各伺服驱动器，同时将伺服驱动器反馈的当前位置、状态等信息回馈给上位PLC，不同于传统串行通讯的方式，实现并行通讯，大大提高了通讯效率和实时性。
2、优选MODBUS通讯协议，绝大多数上位PLC都支持MODBUS，提高了系统的通用性。
3、控制轴数不再受局限，整个系统结构简单、运行可靠，且成本低，适用范围广泛。
附图说明
图1是实施例一注塑机械手基本动作流程，
图2是实施例一机械手的总线多轴伺服控制系统结构示意图，
图3是实施例一通讯模块电路结构示意图，
图4是实施例一通讯模块外观示意图，
图5是实施例一通讯模块接线端子示意图。
附图标注：
1、人机界面，2、上位PLC，3、通讯模块，4、伺服驱动器，5、伺服电机；
3-1、外壳，3-2、通讯指示灯，3-3、卡扣，3-4、接线端子。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，不能理解为对本实用新型具体保护范围的限定。
实施例一
本实施例以将本实用新型总线伺服控制系统应用于双臂5轴注塑机械手为例来进一步解释说明本实用新型的技术方案。
参照图1，所述注塑机械手一般包括主臂和副臂，所述主臂和副臂均可上下、前后运动，主臂和副臂整体还可以在注塑机上横行，所以需要主臂X1伺服电机和主臂Y1伺服电机分别带动主臂前后、上下动作，同理需要副臂X2伺服电机和副臂Y2伺服电机分别带动副臂前后、上下动作，通过横行Z伺服电机带动机械臂横行出模。所述主臂主要用于提取注塑成品，副臂主要用于夹水口。
参照图2，本实施例多轴机械手的伺服总线控制系统包括一人机界面1，实现人机交互的工具，通过RS232串口与上位PLC2连接，可以通过人机界面1规划伺服运动路径，设置伺服运动的目标位置、目标速度、加速度时间等参数。
所述上位PLC2可以是任意品牌的、支持MODBUS RTU协议23功能码的PLC，通过MODBUSRTU总线与通讯模块3连接，本实施例采用台达ES2PLC，直接配置PLC LINK与通讯模块3以921波特率高速通讯。
参照图3，所述通讯模块3具有封装在外壳3-1内部的电路结构，设置在外壳3-1表面的通讯指示灯3-2、卡扣3-3，与内部电路结构连接延伸出外壳3-1外部的可拔插接线端子3-4。所述通讯模块3内部电路结构如图4所示，包括一个主CPU，与主CPU通过SPI总线连接的5个子CPU，与5个子CPU分别连接的RS485通讯芯片，与主CPU连接的RS485通讯芯片，以及与主CPU连接的电源转换芯片。所述共6个RS485通讯芯片和一个电源转换芯片均与接线端子3-4电性连接，所述接线端子3-4示意图如图5所示，所述通讯模块3还包括在子CPU和RS485通讯芯片之间连接的通讯指示灯3-2。
所述与5个子CPU分别连接的RS485通讯芯片通过MODBUS RTU总线与5台伺服驱动器4连接，通讯波特率为115.2K，所述通讯模块3的波特率最高可达921K，通常以伺服驱动器4的最高波特率连接。所述伺服驱动器4分别连接伺服电机5，所述5台伺服电机5即为主臂X1伺服电机、主臂Y1伺服电机、副臂X2伺服电机、副臂Y2伺服电机、横行Z伺服电机。
所述上位PLC2写入通讯模块3寄存器的分配如表一：
表一
表一控制字的含义如表二：
表二
| bit0 | bit1 | bit2 | bit3 | bit4 | bit5 | bit6 | bit7 |
| 伺服ON | 原点回归 | 原点开关 | 正转 | 反转 | START | 急停 | 多极速X1 |
| bit8 | bit9 | bit10 | bit11 | bit12 | bit13 | bit14 | bit15 |
| 多极速X2 | 报警复位 | 立即数修改 | 临时停止 | 控制两轴 |
所述上位PLC2读取通讯模块3的寄存器分配如表三：
表三
所述表三状态字含义如表四：
表四
本实施例上位PLC2和伺服驱动器4之间的通讯过程如下：
正常情况下，通讯模块3一直读取伺服电机5当前位置和当前状态，当上位PLC2需要伺服电机5运动时，触发控制字中bit5(START)，通讯模块3立即向伺服驱动器4写入START＝1的控制字，完成以后，写入START＝0的控制字，这样通讯模块的写入完成。当上位PLC2需要读取通讯模块3时，触发状态字中bit15(START完成)，置位START完成信号，当收到START＝0时，复位START完成信号，上位PLC2读取通讯模块3完成。通讯模块3自动判别上位PLC2控制意图，当上位PLC2没有下发运动指令时，通讯模块3只执行读通讯，提高了读取伺服位置的实时性，一旦接到上位PLC2的运动指令后，在一帧通讯结束后立即切换为写通讯。
实施例二
本实用新型机械手的总线多轴伺服控制系统不只限于5轴，可以应用到6—10轴机械手上，相应通讯模块进行扩展即可。所述系统也不仅仅应用于注塑机械手的控制，其他领域上下料机械手都可以应用。所述系统也不只局限于对伺服的控制，还可以扩展到其他支持MODBUSRTU的从站设备。
Claims (6)
1.一种机械手的总线多轴伺服控制系统，包括上位PLC、由至少五个伺服驱动器组成的伺服驱动器组，以及由至少五个伺服电机组成的伺服电机组，其特征在于：所述上位PLC与伺服驱动器组之间通过通讯总线连接一通讯模块，所述通讯模块用于上位PLC与伺服驱动器组的并行实时通讯。
2.根据权利要求1所述的一种机械手的总线多轴伺服控制系统，其特征在于：所述通讯模块包括一个主CPU，与主CPU通过SPI总线连接的若干子CPU，与各子CPU连接的RS485通讯芯片，与主CPU连接的RS485通讯芯片，以及与主CPU连接的电源转换芯片。
3.根据权利要求2所述的一种机械手的总线多轴伺服控制系统，其特征在于：所述子CPU数量和机械手轴数相同。
4.根据权利要求2所述的一种机械手的总线多轴伺服控制系统，其特征在于：所述通讯模块还包括在子CPU和RS485通讯芯片之间连接的通讯指示灯。
5.根据权利要求1所述的一种机械手的总线多轴伺服控制系统，其特征在于：所述通讯总线采用MODBUS RTU总线。
6.根据权利要求1所述的一种机械手的总线多轴伺服控制系统，其特征在于：所述机械手的总线多轴伺服控制系统还包括与上位PLC通过RS232串口连接的人机界面。
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| CN201620506332.1U CN205809673U (zh) | 2016-05-27 | 2016-05-27 | 一种机械手的总线多轴伺服控制系统 |
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