CN211236667U - 一种智能多功能多轴控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能多功能多轴控制电路，用以解决目前控制器只能实现单种控制或两种控制不能实现多种控制的快速切换的问题，本系统包括电机组、传感器信号输出模块、主控模块、驱动输出模块以及辅助件输出模块；主控制模块，用于接收智能终端的程序控制信息以及传感器信号输入模块的输入信息，并将接收的程序控制信息和传感器输入模块的输入信息转为控制信号，并将控制信号传输至驱动输出模块和辅助件输出模块，驱动对应的电机和传感器控制电机和传感器对应的机床或机器人进行相应的动作。本电路通过控制器能实现多种多轴控制，为实现一机多用提供了坚实的基础，减少资源浪费现象，提高生产效率。

Description

一种智能多功能多轴控制电路

技术领域

本实用新型涉及多轴数控控制技术领域，尤其涉及一种智能多功能多轴控制电路。

背景技术

数控机床加工、3D打印、激光加工、写字机器人都是目前机械加工领域，教育领域中比较常见的设备，在对工件的加工过程中，时常需要几种不同的加工装置协同作业，同时不同加工装置的重复装夹也加大了零件的误差，有时为了满足对某个零件的特殊加工要求，就必须购买指定的加工装置，成本昂贵，耗时大，同时也造成了极大的资源浪费。

现在市场上的控制器只能实现单种控制或两种控制，数控机床加工、激光加工、3D打印、写字机器人等，不能实现多种控制的快速切换。有时为了满足对某个零件的特殊加工要求，就必须购买指定的加工装置，成本昂贵，耗时大，同时也造成了极大的资源浪费现象，再加上功能单一，不能实现多功能学习与操作。

发明内容

为了解决目前的问题，本实用新型提供了一种能够在同一控制器上，实现多种数控加工快速切换的智能多功能多轴控制系统及其控制电路。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种智能多功能多轴控制系统，包括电机组、传感器单元、控制器、驱动器以及智能终端；

所述智能终端，用于根据接收的控制指令调用对应的程序控制信息，并将调用的程序控制信息发送至控制器；

所述控制器，包括电源模块、控制主板以及控制输入模块，用于接收程序控制信息，并通过控制输入模块生成对应的控制输入信息；

所述驱动器，包括驱动主板，用于接收控制器产生的控制输入信息，并根据接收的控制输入信息驱动对应的电机和传感器控制电机和传感器对应的机床或机器人进行相应的动作。

智能终端的程序控制信息包括3D打印控制信息、激光切割控制信息、数控加工控制信息以及写字控制信息。

进一步地，所述电机包括X轴驱动电机、Y轴驱动电机、Z轴驱动电机、 A轴驱动电机、多项驱动电机以及主轴驱动电机，

所述驱动器还包括限位装置，所述限位装置，用于对电机的运行行程的进行限位。

进一步地，所述传感器单元包括加热棒传感器和热床传感器；

所述加热棒传感器，用于接收3D打印机的3D打印头加热棒的温度感应信号；

所述热床传感器，用于接收3D打印机的热床的温度感应信号。

进一步地，还包括热敏传感器，所述热敏传感器分别和加热棒传感器、热床传感器以及控制器连接，用于接收加热棒和热床的温度，并将接收加热棒和热床的温度发送至控制器。

进一步地，还包括激光装置，所述激光装置和驱动器连接，用于输出激光。

一种智能多功能多轴控制电路，包括主控制模块、传感器信号输入模块、驱动输出模块以及辅助件输出模块；

所述主控制模块，用于接收智能终端的程序控制信息以及传感器信号输入模块的输入信息，并将接收的程序控制信息和传感器输入模块的输入信息转为控制信号，并将控制信号和传输至驱动输出模块和辅助件输出模块。

进一步地，所述主控制模块包括主控制芯片U1、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻 R16、二极管D1、二极管D3、三级管Q1、三级管Q3、三级管Q4、三级管 Q5、三级管Q6、电容C1、电容C2、重置开关RESET；

所述主控制芯片U1的V+引脚接外接电压VCC以及电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R11的、所述主控制芯片U1的V-引脚和电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端和重置开关RESET的一端连接，主控制芯片U1的 CUR.LIM引脚和三级管Q2的基极连接，三级管Q2的集电极和电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端和主控制芯片U1的REG.OUT引脚连接，主控制芯片U1的COMP引脚以及REF.BYPASS引脚均和传感器信号输入模块连接，主控芯片U1的输入端和智能终端USB控制线输入端口连接；

所述传感器信号输入模块包括信号输入芯片U2、三级管Q12、信号输出芯片U5、热床传感器SR1、加热棒传感器SR2、热床输出SROUT1、加热棒输入SROUT2、二极管D2、电容C3、电阻R21、电阻R26、电阻R27、电阻 R28，信号输出芯片U5的LN+引脚和主控制模块连接，信号输出芯片U5的 LN-引脚和电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端接地，信号输出芯片U5 的CLRLIN引脚和电阻R27的一端以及主控制模块连接，电阻R27的另一端接驱动输出模块，信号输出芯片U5的COLL引脚和三级管Q12的集电极的连接，三级管Q12的基极接地，三级管Q12的发射极和电阻R27的一端连接，信号输出芯片U5的T0和T1引脚和热床传感器SR1连接，信号输出芯片U5 的T2和T3引脚和加热棒传感器SR2连接，信号输出芯片U5的TIMCAP引脚和电容C3的一端连接，电容C3的另一端接驱动输出模块；

驱动输出模块包括驱动控制芯片U3、高效整流二极管HER307-1、电阻 R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11、三级管Q11、电容C4、电容C6、电容C7、X轴驱动电机M1、Y轴驱动电机M2、Z轴驱动电机M3、A轴驱动电机M4、挤压驱动电机M5；所述驱动控制芯片U3的IN+ 引脚接辅助件输出模块，驱动控制芯片U3的IN-引脚接电阻R9的一端以及高效整流二极管HER307-1的一端，驱动控制芯片U3的VIN引脚接主控制模块， X轴驱动电机M1TRES引脚接主控制模块的三级管Q6的集电极，三级管Q6 的发射极接X轴驱动电机M1，驱动控制芯片U3的ICAP引脚接Y轴驱动电机M2，驱动控制芯片U3的VCON引脚接高效整流二极管HER307-1的一端以及Y轴驱动电机M2，驱动控制芯片U3的REF引脚接二极管D9的正极，二极管D9的负极接A轴驱动电机M4，A轴驱动电机M4还和信号输入芯片U2连接，驱动控制芯片U3的VOLT引脚和二极管D8的正极连接，二极管 D8的负极接A轴驱动电机M4、电阻R20的一端以及辅助件输出模块，电阻 R20的另一端接三级管Q11的基极，三级管Q11的集电极和辅助件输出模块连接，三级管Q11的发射极和Z轴驱动电机M3连接；

辅助件输出模块包括信号输出芯片U4、电阻R2、电阻R7、电阻R8、电阻R12、电阻R13、电阻R14、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三级管 Q7、三级管Q9、电容C5、电容C8、电容C9；信号输出芯片U4的TR引脚以及R引脚接主轴输出，信号输出芯片U4的CV引脚和电容C8的一端连接，电容C8的另一端和驱动输出模块连接，信号输出芯片U4的Q引脚和二极管 D6的正极连接，二极管D6的负极和三级管Q10的发射极连接，三级管Q10 的集电极和驱动输出模块连接，信号输出芯片U4的OUT引脚和电阻R14的一端连接连接，电阻R14的另一端和电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端接激光输出。

进一步地，所述主控制芯片U1采用ATMEGA2568型号芯片；

所述信号输入芯片U2采用LM150型号芯片；

所述驱动控制芯片U3采用LM385型号芯片；

所述信号输出芯片U5和U4采用AMSU7型号芯片。

本实用新型至少有以下有益效果是：

(1)本智能多功能多轴控制系统能够根据智能终端的接收的指令，进行相应的控制；

(2)在同一控制器上，同时布置了X、Y、Z、A、B轴和主轴电机、激光、 3D加热头、限位等信号输出。在短短几分钟内可实现激光打印、文案雕刻、数控加工、3d打印、写字机器人的快速切换，应用及其广泛。

(3)本系统通过智能终端、多轴对应的电机、传感器的设置，实现了不同机械功能的切换，结构简单、切换方便，成本低廉，为用户提供更加便利、方便、高效节约的加工环境。

附图说明

图1为本智能多功能多轴控制电路原理图一；

图2为本智能多功能多轴控制电路第一部分电路原理图。

图3为本智能多功能多轴控制电路第二部分电路原理图；

图4为本智能多功能多轴控制电路第三部分电路原理图。

图5为本智能多功能多轴控制系统结构图一。

图6为本智能多功能多轴控制系统结构图二。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

实施例

本实施例提供了一种智能多功能多轴控制系统，如图5至图6所示，本系统包括电机组、传感器单元、控制器、驱动器以及智能终端；

所述智能终端，用于根据接收的控制指令调用对应的程序控制信息，并将调用的程序控制信息发送至控制器；

所述控制器，包括电源模块、控制主板以及控制输入模块，用于接收程序控制信息，并通过控制输入模块生成对应的控制输入信息；

所述驱动器，包括驱动主板，用于接收控制器产生的控制输入信息，并根据接收的控制输入信息驱动对应的电机和传感器控制电机和传感器对应的机床或机器人进行相应的动作。

控制器的控制主板由电源模块、控制芯片以及控制输入模块组成，其中控制输入模块是有智能终端USB控制输入组成如图5所示，

智能终端的程序控制信息包括3D打印控制信息、激光切割控制信息、数控加工控制信息以及写字控制信息。

其中当智能终端接收的控制指令为3D打印控制指令时智能终端会调用 printrun软件进行3D打印的控制；当智能终端接收的控制指令为激光加工指令时智能终端会调用Grbl软件或其他雕刻软件进行激光加工的控制；当智能终端接收的控制指令为数控加工指令时智能终端会调用Grbl或CNC USB Control进行控制进行数控加工的控制。

其中数控加工时，通过电脑软件Grbl或CNC USB Control进行控制，用数据线连接智能终端与控制主板上的控制输入端，控制主板上的控制芯片通过计算将方向、脉冲等数据通过端子排传输给驱动控制板，驱动控制板通过控制主板送来的调制好的驱动信号进行放大后驱动步进电机与其他辅助装置。

用户根据需要连接X轴输出、Y轴输出、Z轴输出、A轴输出、B轴输出、挤出机输出、主轴电机输出装置和限位装置；

进一步地，所述电机包括X轴驱动电机、Y轴驱动电机、Z轴驱动电机、 A轴驱动电机、多项驱动电机以及主轴驱动电机，所述多项驱动电机用于B 轴输出和挤出机输出。

所述驱动器还包括限位装置，所述限位装置，用于对电机的运行行程的进行限位。

进一步地，所述传感器单元包括加热棒传感器和热床传感器；

所述加热棒传感器，用于接收3D打印机的3D打印头加热棒的温度感应信号；

所述热床传感器，用于接收3D打印机的热床的温度感应信号。

进一步地，还包括热敏传感器，所述热敏传感器分别和加热棒传感器、热床传感器以及控制器连接，用于接收加热棒和热床的温度，并将接收加热棒和热床的温度发送至控制器。

进一步地，还包括激光装置，所述激光装置和驱动器连接，用于输出激光，并根据控制器获取的脉冲宽度来调节激光强度与激光输出时间。

需要写字机器人时，只需要连接X轴、Y轴、Z轴的输出，通过连接电脑的写字软件即可进行控制；

激光加工时，通过电脑软件Grbl软件或其他雕刻软件进行控制，连接X 轴输出、Y轴输出、激光输出以及限位装置，通过导入图片就能雕刻出相应的图案，方便快捷；

需要3D打印时，只要连接X轴输出、Y轴输出、Z轴输出、挤出机输出、热床与加热棒输出、热敏传感器以及限位装置，通过电脑软件printrun软件进行控制3D打印，热敏传感器主要用来控制加热棒与热床的温度控制，只有当加热棒与热床温度达到设定温度时，挤出机才开始工作，并且配合其X、Y、Z轴相互运动，达到3D打印的目的。

实施例二

本实施例提供了一种智能多功能多轴控制电路，如图1至图4所示，本电路包括：

一种智能多功能多轴控制电路，包括主控制模块、传感器信号输入模块、驱动输出模块以及辅助件输出模块；

所述主控制模块，用于接收智能终端的程序控制信息以及传感器信号输入模块的输入信息，并将接收的程序控制信息和传感器书输入模块的输入信息转为控制信号，并将控制信号和传输至驱动输出模块和辅助件输出模块。

进一步地，所述主控制模块包括主控制芯片U1、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻 R16、二极管D1、二极管D3、三级管Q1、三级管Q3、三级管Q4、三级管 Q5、三级管Q6、电容C1、电容C2、重置开关RESET；

所述主控制芯片U1的V+引脚接外接电压VCC以及电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R11的、所述主控制芯片U1的V-引脚和电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端和重置开关RESET的一端连接，主控制芯片U1的 CUR.LIM引脚和三级管Q2的基极连接，三级管Q2的集电极和电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端和主控制芯片U1的REG.OUT引脚连接，主控制芯片U1的COMP引脚以及REF.BYPASS引脚均和传感器信号输入模块连接，主控芯片U1的输入端和智能终端USB控制线输入端口连接；

所述传感器信号输入模块包括信号输入芯片U2、三级管Q12、信号输出芯片U5、热床传感器SR1、加热棒传感器SR2、热床输出SROUT1、加热棒输入SROUT2、二极管D2、电容C3、电阻R21、电阻R26、电阻R27、电阻 R28，信号输出芯片U5的LN+引脚和主控制模块连接，信号输出芯片U5的 LN-引脚和电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端接地，信号输出芯片U5 的CLRLIN引脚和电阻R27的一端以及主控制模块连接，电阻R27的另一端接驱动输出模块，信号输出芯片U5的COLL引脚和三级管Q12的集电极的连接，三级管Q12的基极接地，三级管Q12的发射极和电阻R27的一端连接，信号输出芯片U5的T0和T1引脚和热床传感器SR1连接，信号输出芯片U5 的T2和T3引脚和加热棒传感器SR2连接，信号输出芯片U5的TIMCAP引脚和电容C3的一端连接，电容C3的另一端接驱动输出模块；

驱动输出模块包括驱动控制芯片U3、高效整流二极管HER307-1、电阻 R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11、三级管Q11、电容C4、电容C6、电容C7、X轴驱动电机M1、Y轴驱动电机M2、Z轴驱动电机M3、A轴驱动电机M4、挤压驱动电机M5；所述驱动控制芯片U3的IN+ 引脚接辅助件输出模块，驱动控制芯片U3的IN-引脚接电阻R9的一端以及高效整流二极管HER307-1的一端，驱动控制芯片U3的VIN引脚接主控制模块， X轴驱动电机M1TRES引脚接主控制模块的三级管Q6的集电极，三级管Q6 的发射极接X轴驱动电机M1，驱动控制芯片U3的ICAP引脚接Y轴驱动电机M2，驱动控制芯片U3的VCON引脚接高效整流二极管HER307-1的一端以及Y轴驱动电机M2，驱动控制芯片U3的REF引脚接二极管D9的正极，二极管D9的负极接A轴驱动电机M4，A轴驱动电机M4还和信号输入芯片 U2连接，驱动控制芯片U3的VOLT引脚和二极管D8的正极连接，二极管 D8的负极接A轴驱动电机M4、电阻R20的一端以及辅助件输出模块，电阻 R20的另一端接三级管Q11的基极，三级管Q11的集电极和辅助件输出模块连接，三级管Q11的发射极和Z轴驱动电机M3连接；

辅助件输出模块包括信号输出芯片U4、电阻R2、电阻R7、电阻R8、电阻R12、电阻R13、电阻R14、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三级管 Q7、三级管Q9、电容C5、电容C8、电容C9；信号输出芯片U4的TR引脚以及R引脚接主轴输出，信号输出芯片U4的CV引脚和电容C8的一端连接，电容C8的另一端和驱动输出模块连接，信号输出芯片U4的Q引脚和二极管 D6的正极连接，二极管D6的负极和三级管Q10的发射极连接，三级管Q10 的集电极和驱动输出模块连接，信号输出芯片U4的OUT引脚和电阻R14的一端连接连接，电阻R14的另一端和电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端接激光输出。

进一步地，所述主控制芯片U1采用ATMEGA2568型号芯片；主控制芯片U1-ATMEGA2568是控制器的大脑，主要用于把电脑传输过来的数据转变为控制信号，输送给驱动输出模块以及辅助件输出模块；

所述信号输入芯片U2采用LM150型号芯片，信号输入芯片U2主要用于外部传感器信号输入，把这些数据来反馈给主控制芯片U1，然后主芯片再通过计算反馈给信号输出芯片U5和U4；

所述信号输出芯片U5和U4采用AMSU7型号芯片，；信号输出芯片U5 和U4主要用来把ATMEGA2568输送过来的信号转变为辅助件的输出，如主轴激光加热棒热床的输出；

所述驱动控制芯片U3采用LM385型号芯片，驱动控制芯片U3主要用于把主控制芯片U1传输过来的信号，分配给各驱动电机，并根据脉冲方向驱动对应的电机。

本智能多功能多轴控制电路，在同一控制器上，同时布置了X、Y、Z、A、挤出轴和主轴电机、激光、3D加热头、限位等信号输出。在短短几分钟内可实现激光打印、文案雕刻、数控加工、3d打印、写字机器人的快速切换，应用及其广泛。节省了同时购买3D打印机、激光切割机、激光雕刻机、数控机床、写字机器人的费用。其结构简单，切换方便，成本低廉，功能多样，为用户提供更加便利、方便、高效、节约的加工环境。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种智能多功能多轴控制电路，其特征在于，包括主控制模块、传感器信号输入模块、驱动输出模块以及辅助件输出模块：

所述主控制模块包括主控制芯片U1、电阻R1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R16、二极管D1、二极管D3、三级管Q1、三级管Q3、三级管Q4、三级管Q5、三级管Q6、电容C1、电容C2、重置开关RESET；

所述主控制芯片U1的V+引脚接外接电压VCC以及电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R11的、所述主控制芯片U1的V-引脚和电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端和重置开关RESET的一端连接，主控制芯片U1的CUR.LIM引脚和三级管Q2的基极连接，三级管Q2的集电极和电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端和主控制芯片U1的REG.OUT引脚连接，主控制芯片U1的COMP引脚以及REF.BYPASS引脚均和传感器信号输入模块连接，主控芯片U1的输入端和智能终端USB控制线输入端口连接；

所述传感器信号输入模块包括信号输入芯片U2、三级管Q12、信号输出芯片U5、热床传感器SR1、加热棒传感器SR2、热床输出SROUT1、加热棒输入SROUT2、二极管D2、电容C3、电阻R21、电阻R26、电阻R27、电阻R28，信号输出芯片U5的LN+引脚和主控制模块连接，信号输出芯片U5的LN-引脚和电阻R28的一端连接，电阻R28的另一端接地，信号输出芯片U5的CLRLIN引脚和电阻R27的一端以及主控制模块连接，电阻R27的另一端接驱动输出模块，信号输出芯片U5的COLL引脚和三级管Q12的集电极的连接，三级管Q12的基极接地，三级管Q12的发射极和电阻R27的一端连接，信号输出芯片U5的T0和T1引脚和热床传感器SR1连接，信号输出芯片U5的T2和T3引脚和加热棒传感器SR2连接，信号输出芯片U5的TIMCAP引脚和电容C3的一端连接，电容C3的另一端接驱动输出模块；

驱动输出模块包括驱动控制芯片U3、高效整流二极管HER307-1、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、二极管D8、二极管D9、二极管D10、二极管D11、三级管Q11、电容C4、电容C6、电容C7、X轴驱动电机M1、Y轴驱动电机M2、Z轴驱动电机M3、A轴驱动电机M4、挤压驱动电机M5；所述驱动控制芯片U3的IN+引脚接辅助件输出模块，驱动控制芯片U3的IN-引脚接电阻R9的一端以及高效整流二极管HER307-1的一端，驱动控制芯片U3的VIN引脚接主控制模块，X轴驱动电机M1TRES引脚接主控制模块的三级管Q6的集电极，三级管Q6的发射极接X轴驱动电机M1，驱动控制芯片U3的ICAP引脚接Y轴驱动电机M2，驱动控制芯片U3的VCON引脚接高效整流二极管HER307-1的一端以及Y轴驱动电机M2，驱动控制芯片U3的REF引脚接二极管D9的正极，二极管D9的负极接A轴驱动电机M4，A轴驱动电机M4还和信号输入芯片U2连接，驱动控制芯片U3的VOLT引脚和二极管D8的正极连接，二极管D8的负极接A轴驱动电机M4、电阻R20的一端以及辅助件输出模块，电阻R20的另一端接三级管Q11的基极，三级管Q11的集电极和辅助件输出模块连接，三级管Q11的发射极和Z轴驱动电机M3连接；

辅助件输出模块包括信号输出芯片U4、电阻R2、电阻R7、电阻R8、电阻R12、电阻R13、电阻R14、二极管D4、二极管D5、二极管D6、三级管Q7、三级管Q9、电容C5、电容C8、电容C9；信号输出芯片U4的TR引脚以及R引脚接主轴输出，信号输出芯片U4的CV引脚和电容C8的一端连接，电容C8的另一端和驱动输出模块连接，信号输出芯片U4的Q引脚和二极管D6的正极连接，二极管D6的负极和三级管Q10的发射极连接，三级管Q10的集电极和驱动输出模块连接，信号输出芯片U4的OUT引脚和电阻R14的一端连接连接，电阻R14的另一端和电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端接激光输出。

2.根据权利要求1所述的一种智能多功能多轴控制电路，其特征在于：

所述主控制芯片U1采用ATMEGA2568型号芯片；

所述信号输入芯片U2采用LM150型号芯片；

所述驱动控制芯片U3采用LM385型号芯片；

所述信号输出芯片U5和U4采用AMSU7型号芯片。

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