CN211349034U - 一种基于fpga的多轴运动控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于FPGA的多轴运动控制器，包括FPGA控制板和伺服驱动器接口板，所述伺服驱动器接口板通过两排排针固定在FPGA控制板的两排插槽上。本实用新型将FPGA控制板和伺服驱动器接口板相结合，最多可控制8个驱动器，具有集成度高，体积小的优点，所述的基于FPGA的多轴运动控制器通过千兆以太网与电脑上位机进行通信具有速度快，稳定性好的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业自动化领域，具体涉及一种基于FPGA的多轴运动控制器。
背景技术
目前，在现代工业生产中广泛使用多轴机械手进行加工制造，多轴机械手的运动控制显得尤为重要。现在普遍使用PC机加PCI总线接口的运动控制卡进行伺服电机的运动控制。运动控制卡一般使用DSP和FPGA两个处理器完成运动控制的运算，结构较为复杂且成本较高。运动控制卡通过PCI接口安装在PC机的PCI插槽上，通过线缆外接到伺服驱动器接线盒上。这种方案的运动控制卡与伺服驱动器接线盒是分离式的，需要额外的电缆连接。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是一种基于FPGA的多轴运动控制器，将运动控制卡与伺服驱动器接线盒集成在一起，以FPGA作为单一处理器，电脑上位机通过以太网与所述的基于FPGA的多轴运动控制器进行通信；本实用新型具有集成度高，体积小的优点。
本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种基于FPGA的多轴运动控制器，包括FPGA控制板和伺服驱动器接口板，所述伺服驱动器接口板通过两排排针固定在FPGA控制板的两排插槽上。
作为优选的技术方案，所述FPGA控制板包括FPGA处理器电路、千兆以太网电路、差分转单端A/B相信号接收电路、单端转差分脉冲信号发送电路、伺服驱动器使能与报警电路、16路隔离式通用输入电路、16路隔离式通用输出电路以及电源模块电路
作为优选的技术方案，所述伺服驱动器接口板包含8个驱动器的DB25接口和每个接口对应的使能指示灯，伺服驱动器接口板最多接8个伺服驱动器。
作为优选的技术方案，所述电脑上位机通过以太网接口与FPGA控制板进行通信，发送相应指令给多轴运动控制器，所述FPGA控制板接对收到的指令进行分析与处理后通过伺服驱动器接口板发送脉冲给伺服驱动器进行电机控制。
作为优选的技术方案，所述FPGA处理器电路包括千兆以太网接收和发送模块、数据缓存模块、电机运动控制模块和软核CPU；所述软核CPU用于进行S型加减速运动规划计算，所述电机运动控制模块包括点动、Jog运动和插补运动。
本实用新型的有益效果是：本实用新型将FPGA控制板和伺服驱动器接口板相结合，最多可控制8个驱动器，具有集成度高，体积小的优点，所述的基于FPGA的多轴运动控制器通过千兆以太网与电脑上位机进行通信具有速度快，稳定性好的优点。
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获得其他的附图。
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为本实用新型的FPGA控制板和伺服驱动器接口板装配示意图；
图3为本实用新型的功能框图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本实用新型使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“套接”、“连接”、“贯穿”、“插接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1-图3所示，本实用新型的基于FPGA的多轴运动控制器包括FPGA控制板1和伺服驱动器接口板2，所述伺服驱动器接口板2通过两排排针3固定在FPGA控制板的两排插槽4上；所述FPGA控制板1包含FPGA处理器电路，千兆以太网电路，差分转单端A/B相信号接收电路，单端转差分脉冲信号发送电路，伺服驱动器使能与报警电路，16路隔离式通用输入电路，16路隔离式通用输出电路，电源模块电路；所述FPGA控制板1上的外围接口主要有JTAG下载和调试接口5，千兆以太网口6，16路隔离式通用7，16路隔离式通用输出8，电源输入接口9；所述伺服驱动器接口板2包含8个驱动器的DB25接口10和每个接口对应的使能指示灯11；
本实施例中，FPGA处理器采用Altera公司CycloneIVE系列FPGA芯片,采用50Mhz的有源晶振为FPGA芯片提供时钟源，通过JTAG接口10下载和调试FPGA程序。
本实施例中，千兆以太网电路采用REALTEK公司的RTL82111EG-VB-CG作为PHY芯片，支持GMII、RGMII、MII接口的以太网物理层收发器，本千兆以太网电路采用GMII的接口与电脑上位机进行通信。
本实施例中，差分转单端A/B相信号接收电路采用德州仪器的四路差分线接收芯片AM26LS32ACDR，将伺服驱动器发送过来的A/B相差分信号转换成单端信号送入FPGA处理器；单端转差分脉冲信号发送电路采用德州仪器的四路差动线路驱动芯片AM26LS31CDR，将FPGA处理器发送的单端脉冲信号转换为差分脉冲信号传输到伺服驱动器。
本实施例中，伺服驱动器使能与报警电路、16路隔离式通用输入电路和16路隔离式通用输出电路采用4通道光耦隔离芯片PS2811-4隔离FPGA信号与外部信号，减少对FPGA处理器的干扰；伺服驱动器使能与报警电路用于发送使能信号使能伺服驱动器和接收伺服驱动器的报警信号；16路隔离式通用输入电路和16路隔离式通用输出电路作为通用的输入输出接口，用于连接工业控制中的电磁阀、继电器等设备。
本实施例中，电脑上位机通过网线与所述的基于FPGA的多轴运动控制器的千兆以太网接口连接进行通信，将控制信息发到多轴运动控制器FPGA处理器；FPGA处理器电路包括千兆以太网接收和发送模块、数据缓存模块、电机运动控制模块和软核CPU；所述软核CPU用于进行S型加减速运动规划计算；由于S型加减速运动规划计算需要使用乘除，直接使用FPGA实现需要消耗过多资源，所以使用软核CPU进行S型加减速运动规划计算可节省FPGA的资源。FPGA处理器通过以太网接收和发送模块将电脑发送的控制信息存放于数据缓存模块，并反馈数据回电脑上位机验证数据发送的正确性；FPGA处理器读取数据缓存模块中的控制信息进行分析与处理，当需要进行S型加减速运动规划计算时将相关数据送入软核CPU进行计算，软核CPU计算完成后将数据传送到电机运动控制模块执行电机的控制，当不需要进行S型加减速运动规划计算时，数据缓存模块中的控制信息直接传送到机运动控制模块执行电机的控制。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种基于FPGA的多轴运动控制器，其特征在于：包括FPGA控制板和伺服驱动器接口板，所述伺服驱动器接口板通过两排排针固定在FPGA控制板的两排插槽上，电脑上位机通过以太网接口与FPGA控制板进行通信，发送相应指令给多轴运动控制器，所述FPGA控制板接对收到的指令进行分析与处理后通过伺服驱动器接口板发送脉冲给伺服驱动器进行电机控制。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的多轴运动控制器，其特征在于：所述FPGA控制板包括FPGA处理器电路、千兆以太网电路、差分转单端A/B相信号接收电路、单端转差分脉冲信号发送电路、伺服驱动器使能与报警电路、16路隔离式通用输入电路、16路隔离式通用输出电路以及电源模块电路。
3.如权利要求1所述的基于FPGA的多轴运动控制器，其特征在于：所述伺服驱动器接口板包含8个驱动器的DB25接口和每个接口对应的使能指示灯，伺服驱动器接口板最多接8个伺服驱动器。
4.如权利要求2所述的基于FPGA的多轴运动控制器，其特征在于：所述FPGA处理器电路包括千兆以太网接收和发送模块、数据缓存模块、电机运动控制模块和软核CPU；所述软核CPU用于进行S型加减速运动规划计算，所述电机运动控制模块包括点动、Jog运动和插补运动。
Priority Applications (1)
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| CN201920985491.8U CN211349034U (zh) | 2019-06-27 | 2019-06-27 | 一种基于fpga的多轴运动控制器 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family
ID=72136826
Family Applications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114488905A (zh) * | 2022-02-11 | 2022-05-13 | 浙江禾川科技股份有限公司 | 一种龙门式双驱动控制的装置、方法及介质 |
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2019
- 2019-06-27 CN CN201920985491.8U patent/CN211349034U/zh active Active
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| CN114488905A (zh) * | 2022-02-11 | 2022-05-13 | 浙江禾川科技股份有限公司 | 一种龙门式双驱动控制的装置、方法及介质 |
| CN114488905B (zh) * | 2022-02-11 | 2024-06-07 | 浙江禾川科技股份有限公司 | 一种龙门式双驱动控制的装置、方法及介质 |
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