CN206594494U - 六轴混合型运动控制系统及自动化机械设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种六轴混合型运动控制系统及自动化机械设备，该系统包括主控制器、四轴步进电机控制器、两轴伺服电机控制器、四个步进电机驱动器及两个伺服电机驱动器，主控制器的第一数据输入端用于连接上位机，主控制器的第二数据输入端用于连接存储器，主控制器的第一数据输出端与四轴步进电机控制器的信号输入端连接，主控制器的第二数据输出端与两轴伺服电机控制器的信号输入端连接；四轴步进电机控制器的多个控制端与四个步进电机驱动器的受控端一一对应连接；两轴伺服电机控制器的两个控制端与多个伺服电机驱动器的受控端一一对应连接。本实用新型解决了同一个六轴混合型运动控制系统中伺服电机驱动器和步进电机驱动器无法兼容的问题。

Description

六轴混合型运动控制系统及自动化机械设备

技术领域

本实用新型涉及自动化机械设备技术领域，特别涉及一种六轴混合型运动控制系统及自动化机械设备。

背景技术

目前，六轴运动控制器是自动化生产流程中的一部分，对于自动化生产有着非常重要的作用。

现有的六轴运动控制器中大多采用传统单一的伺服接口或者单一的步进接口，这种单一的接口无法实现同时驱动步进电机和伺服电机，即不能兼容；并且，也无法区分主轴与从轴的固定次序，在自动化机械设备的设计生产过程中，容易造成工序前后不一致，且对操作者要求高，需要自主判定主轴，编写软件程序复杂。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种六轴混合型运动控制系统及自动化机械设备，旨在解决在同一个六轴混合型运动控制系统中伺服电机驱动器和步进电机驱动器无法兼容的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种六轴混合型运动控制系统，该六轴混合型运动控制系统包括主控制器、四轴步进电机控制器、两轴伺服电机控制器、多个步进电机驱动器及多个伺服电机驱动器，所述主控制器的第一数据输入端用于连接上位机，所述主控制器的第二数据输入端用于连接存储器，所述主控制器的第一数据输出端与所述四轴步进电机控制器的信号输入端连接，所述主控制器的第二数据输出端与所述两轴伺服电机控制器的信号输入端连接；所述四轴步进电机控制器的多个控制端与四个所述步进电机驱动器的受控端一一对应连接；所述两轴伺服电机控制器的两个控制端与多个所述伺服电机驱动器的受控端一一对应连接；其中，

所述主控制器，用于将所述上位机和所述存储器传输的数据转换成运动控制指令，并输出至所述四轴步进电机控制器及所述两轴伺服电机控制器；

所述四轴步进电机控制器，用于在接收到所述运动控制指令时，输出对应的第一脉冲信号至对应的四个所述步进电机驱动器，以控制四个所述步进电机驱动器驱动相应的步进电机工作；

所述两轴伺服电机控制器，用于在接收到所述运动控制指令时，输出对应的第二脉冲信号至对应的两个所述伺服电机驱动器，以控制两个所述伺服电机驱动器驱动相应的伺服电机工作。

优选地，所述主控制器包括STM32F103ZET6型ARM集成芯片。

优选地，所述四轴步进电机控制器包括TC6004型集成芯片。

优选地，所述两轴伺服电机控制器包括TC6012型集成芯片。

优选地，四个所述步进电机驱动器分别为X轴步进电机驱动器、Y轴步进电机驱动器、Z轴步进电机驱动器和V轴步进电机驱动器。

优选地，两个所述伺服电机驱动器分别为U轴伺服电机驱动器和W轴伺服电机驱动器。

优选地，所述六轴混合型运动控制系统还包括第一数据信号转换器及第二数据信号转换器，所述第一数据信号转换器串联设置于所述主控制器及所述上位机之间，所述第二数据信号转换器串联设置于所述主控制器及所述存储器之间。

优选地，所述六轴混合型运动控制系统还包括电源模块，所述电源模块分别与所述主控制器、所述四轴步进电机控制器及所述两轴伺服电机控制器的电源端连接。

本实用新型还提出一种自动化机械设备，所述自动化机械设备包括如上所述的六轴混合型运动控制系；其中，该六轴混合型运动控制系统包括主控制器、四轴步进电机控制器、两轴伺服电机控制器、多个步进电机驱动器及多个伺服电机驱动器，所述主控制器的第一数据输入端用于连接上位机，所述主控制器的第二数据输入端用于连接存储器，所述主控制器的第一数据输出端与所述四轴步进电机控制器的信号输入端连接，所述主控制器的第二数据输出端与所述两轴伺服电机控制器的信号输入端连接；所述四轴步进电机控制器的多个控制端与多个所述步进电机驱动器的受控端一一对应连接；所述两轴伺服电机控制器的多个控制端与多个所述伺服电机驱动器的受控端一一对应连接；所述主控制器，用于将所述上位机和所述存储器传输的数据转换成运动控制指令，并输出至所述四轴步进电机控制器及所述两轴伺服电机控制器；所述四轴步进电机控制器，用于在接收到所述运动控制指令时，输出对应的第一脉冲信号至对应的多个所述步进电机驱动器，以控制多个所述步进电机驱动器驱动相应的步进电机工作；所述两轴伺服电机控制器，用于在接收到所述运动控制指令时，输出对应的第二脉冲信号至对应的多个所述伺服电机驱动器，以控制多个所述伺服电机驱动器驱动相应的伺服电机工作。

本实用新型通过主控制器将所述上位机和所述存储器传输的数据转换成运动控制指令输出至四轴步进电机控制器及两轴伺服电机控制器，从而通过两个不同的控制器分别控制步进电机驱动器和伺服电机驱动器，这样，通过分立的两个电机控制器解决在同一个六轴混合型运动控制系统中伺服电机驱动器和步进电机驱动器无法兼容的问题，并实现六轴混合运动控制的目的。此外，本实用新型通过四轴步进电机控制器及两轴伺服电机控制器分立控制固定系统主轴，并通过参数设置选择双主轴控制，从而解决解决系统变化不足，容易造成工序前后不一致的问题。

附图说明

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型六轴混合型运动控制系统应用于自动化机械设备的功能模块示意图；

图2为图1所示的六轴混合型运动控制系统中主控制器的具体结构示意图；

图3为图1所示的六轴混合型运动控制系统中四轴步进电机控制器的具体结构示意图；

图4为图1所示的六轴混合型运动控制系统中两轴伺服电机控制器的具体结构示意图；

图5为图1所示的六轴混合型运动控制系统中四轴步进电机驱动器的具体结构示意图；

图6为图1所示的六轴混合型运动控制系统中两轴伺服电机驱动器的具体结构示意图；

图7为图1所示的六轴混合型运动控制系统中电源模块的具体结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				10	主控制器	100	六轴混合型运动控制系统
20	四轴步进电机控制器	200	上位机
				30	两轴伺服电机控制器	300	存储器
40	步进电机驱动器	50	伺服电机驱动器
				41	X轴步进电机驱动器	51	W轴伺服电机驱动器
42	Y轴步进电机驱动器	52	U轴伺服电机驱动器
				43	Z轴步进电机驱动器	60	电源模块
44	V轴步进电机驱动器

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

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的一部分实施例，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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种六轴混合型运动控制系统，应用于工业机器人等自动化机械设备中。

参照图1至图4，在本实用新型一实施例中，该六轴混合型运动控制系统100包括主控制器10、四轴步进电机控制器20、两轴伺服电机控制器30、多个步进电机驱动器40及多个伺服电机驱动器50，所述主控制器10的第一数据输入端用于连接上位机200，所述主控制器10的第二数据输入端用于连接存储器300，所述主控制器10的第一数据输出端与所述四轴步进电机控制器20的信号输入端连接，所述主控制器10的第二数据输出端与所述两轴伺服电机控制器30的信号输入端连接；所述四轴步进电机控制器20的多个控制端与四个所述步进电机驱动器40的受控端一一对应连接；所述两轴伺服电机控制器30的两个控制端与多个所述伺服电机驱动器50的受控端一一对应连接；其中，

所述主控制器10，用于将所述上位机200和所述存储器300传输的数据转换成运动控制指令，并输出至所述四轴步进电机控制器20及所述两轴伺服电机控制器30；

所述四轴步进电机控制器20，用于在接收到所述运动控制指令时，输出对应的第一脉冲信号至对应的四个所述步进电机驱动器40，以控制四个所述步进电机驱动器40驱动对应的步进电机工作；

所述两轴伺服电机控制器30，用于在接收到所述运动控制指令时，输出对应的第二脉冲信号至对应的两个所述伺服电机驱动器50，以控制两个所述伺服电机驱动器50驱动对应的伺服电机工作。

具体地，主控制器10将上位机200和存储器300传输的数据转换成运动控制指令后输出至所述四轴步进电机控制器20及所述两轴伺服电机控制器30；四轴步进电机控制器20在接收到所述运动控制指令时，输出对应的第一脉冲信号至对应的多个所述步进电机驱动器40，以控制步进电机驱动器40驱动对应的步进电机工作；两轴伺服电机控制器30在接收到所述运动控制指令时，输出对应的第二脉冲信号至对应的伺服电机驱动器50，以控制对应的伺服电机驱动器50驱动相应的伺服电机工作。

本实用新型通过主控制器10将所述上位机200和所述存储器300传输的数据转换成运动控制指令输出至四轴步进电机控制器20及两轴伺服电机控制器30，从而通过两个不同的控制器分别控制步进电机驱动器40和伺服电机驱动器50，这样，通过分立的两个电机控制器解决在同一个六轴混合型运动控制系统100中伺服电机驱动器50和步进电机驱动器40无法兼容的问题，并实现六轴混合运动控制的目的。此外，本实用新型通过至四轴步进电机控制器20及两轴伺服电机控制器30分立控制固定系统主轴，并通过参数设置选择双主轴控制，从而解决解决系统变化不足，容易造成工序前后不一致的问题。

进一步地，上述实施例中，主控制器10优选采用STM32F103ZET6型ARM集成芯片实现。四轴步进电机控制器20优选采用TC6004型集成芯片来实现。两轴伺服电机控制器30优选采用TC6012型集成芯片来实现。

本实施例中，TC6012型集成芯片和TC6004型集成芯片的内部均集成有硬件及电机控制算法，在设计六轴混合型运动控制系统100时，仅需通过上位机200对电机的相关参数进行设置，并通过STM32F103ZET6型ARM集成芯片进行数据处理后，即可实现对应的电机运动控制，从而驱动电机工作，从而解决了编写软件程序复杂的问题，无需开发人员对高级电机控制算法如foc算法掌握熟练，进而缩短了自动化机械设备的开发周期。

参照图1至图7，在一优选实施例中，四个所述步进电机驱动器40的数量为X轴步进电机驱动器41、Y轴步进电机驱动器42、Z轴步进电机驱动器43和V轴步进电机驱动器44。

本实施例中，四个步进电机驱动器40分别对应控制四个轴向的步进电机，以在接收到四轴步进电机控制器20输出的脉冲信号时，产生相应的电流从而驱动电机工作。

进一步，两个所述伺服电机驱动器50分别为W轴伺服电机驱动器51和U轴伺服电机驱动器52。

本实施例中，两个步进电机驱动器40分别对应控制两个轴向的伺服电机，以在接收到两轴伺服电机控制器30输出的脉冲信号时，产生相应的电流从而驱动电机工作。

可以理解的是，上述实施例中，W轴伺服电机驱动器51或U轴伺服电机驱动器52和X轴步进电机驱动器41均可以设置为主轴，通过双主轴可以控制其他轴向的电机进行相应的机械运动，从而实现机械设备的自动化。

参照图1至图7，在一优选实施例中，六轴混合型运动控制系统100还包括第一数据信号转换器(图未示出)及第二数据信号转换器(图未示出)，所述第一数据信号转换器串联设置于所述主控制器10及所述上位机200之间，所述第二数据信号转换器串联设置于所述主控制器10及所述存储器300之间。

本实施例中，通过设置第一数据信号转换器，上位机200可以使用USB总线协议，向外发送数据，第一数据信号转换器内部将数据格式转变为主控制器10能够通信的串行信号，如RS232串行信号，再发送到主控制器10，从而实现主控制器10与上位机200之间进行通讯。第二数据信号转换器优选采用SPI接口，第二数据信号转换器用于实现主控制器10与存储器300之间的通讯。

参照图1至图7，基于上述实施例，所述六轴混合型运动控制系统100还进一步包括电源模块60，所述电源模块60分别与所述主控制器10、所述四轴步进电机控制器20及所述两轴伺服电机控制器30的电源端连接。

本实施例中，电源模块60用于在其输入端VCC接入交流电源(图未标示)时，将接入的交流电源转换成合适的直流电源后输出至主控制器10、所述四轴步进电机控制器20，以供主控制器10、所述四轴步进电机控制器20工作。其中电源模块60包括多个并联设置的电容，多个并联设置的电容为退耦电容，以提高给主控制器10、所述四轴步进电机控制器20，以供主控制器10、所述四轴步进电机控制器20在采用集成芯片时供电电源质量。电源模块60还包括降压芯片，降压芯片用于将直流电源经降压后输出。

本实用新型还提出一种自动化机械设备，该自动化机械设备包括上所述的六轴混合型运动控制系统。该六轴混合型运动控制系统的具体结构参照上述实施例，由于自动化机械设备采用了上述六轴混合型运动控制系统所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述六轴混合型运动控制系统实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种六轴混合型运动控制系统，其特征在于，包括主控制器、四轴步进电机控制器、两轴伺服电机控制器、四个步进电机驱动器及两个伺服电机驱动器，所述主控制器的第一数据输入端用于连接上位机，所述主控制器的第二数据输入端用于连接存储器，所述主控制器的第一数据输出端与所述四轴步进电机控制器的信号输入端连接，所述主控制器的第二数据输出端与所述两轴伺服电机控制器的信号输入端连接；所述四轴步进电机控制器的多个控制端与四个所述步进电机驱动器的受控端一一对应连接；所述两轴伺服电机控制器的两个控制端与多个所述伺服电机驱动器的受控端一一对应连接；其中，

所述主控制器，用于将所述上位机和所述存储器传输的数据转换成运动控制指令，并输出至所述四轴步进电机控制器及所述两轴伺服电机控制器；

所述四轴步进电机控制器，用于在接收到所述运动控制指令时，输出对应的第一脉冲信号至对应的四个所述步进电机驱动器，以控制四个所述步进电机驱动器驱动相应的步进电机工作；

所述两轴伺服电机控制器，用于在接收到所述运动控制指令时，输出对应的第二脉冲信号至对应的两个所述伺服电机驱动器，以控制两个所述伺服电机驱动器驱动相应的伺服电机工作。

2.如权利要求1所述的六轴混合型运动控制系统，其特征在于，所述主控制器包括STM32F103ZET6型ARM集成芯片。

3.如权利要求1所述的六轴混合型运动控制系统，其特征在于，所述四轴步进电机控制器包括TC6004型集成芯片。

4.如权利要求1所述的六轴混合型运动控制系统，其特征在于，所述两轴伺服电机控制器包括TC6012型集成芯片。

5.如权利要求1所述的六轴混合型运动控制系统，其特征在于，四个所述步进电机驱动器分别为X轴步进电机驱动器、Y轴步进电机驱动器、Z轴步进电机驱动器和V轴步进电机驱动器。

6.如权利要求1所述的六轴混合型运动控制系统，其特征在于，两个所述伺服电机驱动器分别为U轴伺服电机驱动器和W轴伺服电机驱动器。

7.如权利要求1所述的六轴混合型运动控制系统，其特征在于，所述六轴混合型运动控制系统还包括第一数据信号转换器及第二数据信号转换器，所述第一数据信号转换器串联设置于所述主控制器及所述上位机之间，所述第二数据信号转换器串联设置于所述主控制器及所述存储器之间。

8.如权利要求1至7任意一项所述的六轴混合型运动控制系统，其特征在于，所述六轴混合型运动控制系统还包括电源模块，所述电源模块分别与所述主控制器、所述四轴步进电机控制器及所述两轴伺服电机控制器的电源端连接。

9.一种自动化机械设备，其特征在于，所述自动化机械设备包括如权利要求1-8任意一项所述的六轴混合型运动控制系统。