一种模块化的多轴运动控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模块化的简易多轴运动控制装置，至少包括第一处理器模块、第二处理器模块以及底板，所述模块各自独立；底板至少包括DSP总线扩展接口、主轴接口、辅助编码器接口、运动轴接口、开关量输入接口、数字量输出接口、信号调理电路1、信号调理电路2、信号调理电路3、电源管理模块、拨码开关、运动轴接口、主轴接口、辅助编码器接口、数字量输出接口、开关量输入接口和DSP总线扩展接口。运动轴接口包括四个运动轴接口，主轴接口包括模拟主轴接口和数字主轴接口，拨码开关的输出值用于作为多轴运动控制器的ID号。本发明专利技术采用模块化设计思想，各模块相互独立，可维护性较好，便于日后的升级，适用于多轴运动控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多轴运动控制装置，具体说涉及一种模块化的简易多轴运动控制器，属于自动化和先进制造领域。
技术介绍
多轴运动控制技术是控制多个电机在多个坐标轴(包括直线坐标和旋转坐标)上同时协调工作的运动控制技术。随着多轴运动控制技术在机械加工、航天、化工、采矿、军事等各个领域的广泛应用，出现了各种形式的多轴运动控制系统。运动控制器是多轴运动控制系统的核心设备，是通过对以电机驱动的目标装置或设备进行协调控制，使其按照预期的作业轨迹进行运动的控制装置。根据伺服驱动器在转矩或速度控制模式下对模拟指令的需求，市场上多轴运动控制器普遍设计有模拟指令输出电路。针对多轴运动控制器模拟指令输出电路的设计问题，张宝泉采用了双通道16位串行DAC芯片AD1866，并将其与DSP串行总线连接；代根学等选用四通道16位串行DAC芯片，串行DAC芯片接口在FPGA中实现；刘志伟采用四通道12位并行DAC芯片；以上设计中多轴运动控制器一般采用多通道DAC芯片，由于多通道DAC芯片内部结构原因，多轴运动控制器无法单独控制各通道模拟指令输出的时序。石江华选用了四块单通道16位并行DAC芯片AD669，但该设计仍无法调节各通道模拟指令输出的时序关系，且占用FPGA较多的IO管脚。目前市场上的多轴运动控制器，都是采用仅靠一个核心运算单元控制所有运动轴的技术方案，在运动轴数较多时，存在核心运算单元运算量大、反馈信号采样延时滞后和运算处理时间过长等问题。此外，目前市场上的多轴运动控制器没有辅助编码器接口和主轴接口。
技术实现思路
针对当前市场上多轴运动控制器的不足，本专利技术的提出，旨在实现一种多轴运动控制装置。它基于DSP和FPGA，且只需要控制四个运动轴和一个主轴。当运动轴数较多时，可选用多个该型装置通过DSP总线扩展接口挂接在自定义总线上，每个装置都可以通过自定义总线与外设主控制装置通讯，避免了当运动轴数较多时出现的核心运算单元运算量大、反馈信号采样延时滞后和运算处理时间过长等问题。此外，为实现对各通道模拟指令输出时序的控制，同时避免占用FPGA过多的IO管脚，本专利技术选用了五块单通道16位串行DAC芯片，采用时分复用的方法，通过串行数据总线将运动指令发送到各运动轴的串行DAC芯片。本专利技术的技术方案概述如下：一种模块化的简易多轴运动控制装置，其特征在于：它至少包括第一处理模块、第二处理器模块以及底板；底板上至少包括信号调理电路1、信号调理电路2、信号调理电路3、电源管理模块、拨码开关、DSP总线扩展接口、主轴接口、辅助编码器接口、运动轴接口、开
关量输入接口和数字量输出接口；所述第一处理器模块与第二处理器模块各自独立，通过IO管脚连接。所述信号调理电路1双向输入输出端口分别与主轴接口、运动轴接口、辅助编码器接口和第二处理器模块连接；所述信号调理电路2的输出端与所述第二处理器模块连接，输入端与开关量输入接口连接；所述信号调理电路3的输出端与底板上的数字量输出接口连接，输入端与第二处理器模块连接；所述DSP总线扩展接口一端与第一处理模块连接，另一端与自定义总线接口连接；所述拨码开关与第一处理模块连接；所述电源管理模块输入端接外部直流电源，输出端分别输出所述各模块所需工作电压与所述各模块连接；所述运动轴接口一端与信号调理电路1连接，另一端与外设的电机驱动设备和各运动轴的编码器连接；所述主轴接口包括模拟主轴接口和数字主轴接口；所述的模拟主轴接口和数字主轴接口一端与信号调理电路1连接，另一端与外设电机驱动设备连接；所述开关量输入接口一端与信号调理电路2连接，另一端接收轴限位、原点信号；所述辅助编码器接口一端与信号调理电路模块1连接，另一端与主轴的编码器连接。所述运动轴接口包括四个运动轴接口，分别是A运动轴接口、B运动轴接口、C运动轴接口、D运动轴接口；每个运动轴接口分别与外设伺服驱动器和各轴的编码器相连。所述主轴接口包括模拟主轴接口和数字主轴接口；所述模拟主轴接口与外设模拟量主轴驱动装置相连；所述数字主轴接口与外设数字主轴驱动装置相连。本专利技术所述拨码开关与所述第一处理器模块相连；当有多个该多轴运动控制装置挂接在自定义总线上时，所述拨码开关用于作为多轴运动控制装置的ID号使外设主控制装置可以辨识每一个多轴运动控制装置。本专利技术所述第一处理器模块，至少由一块DSP芯片、一块FPGA芯片、独立的电源芯片、独立的晶振、复位电路和JTAG/AS下载端口组成；所述第二处理模块至少包括一块FPGA芯片、独立的电源芯片、独立的晶振、复位电路和JTAG/AS下载端口；所述第一处理器模块的DSP芯片与FPGA芯片连接。所述第一处理器模块中的FPGA存储每个多轴运动控制装置的运动指令和反馈信息等数据，同时用于外设主控制装置与所述第一处理器模块中的DSP和第二处理器模块的通信；所述第一处理器模块中的DSP作为核心运算单元，接收外设主控制装置的控制指令并下发控制指令给第二处理器模块；所述第二处理器模块用于管理整个多轴运动控制装置的IO接口。所述信号调理电路1至少包括模拟指令信号调理电路模块、指令脉冲信号调理电路模块和编码器信号调理电路模块；所述模拟指令信号调理电路模块至少包括光耦隔离电路、多块串行DAC芯片和功率放大电路；所述指令脉冲信号调理电路模块至少包括光耦隔离电路和单端变差分电路；所述编码器信号调理电路模块至少包括光耦隔离电路、单端变差分电路和双反相电路。所述第二处理器模块输出的单路时钟信号和单路串行数据信号经过所述模拟指令信号调理电路模块的光耦隔离电路后，分别与所述模拟指令信号调理电路模块中各通道的串行DAC芯片的时钟输入端和串行数据信号输入端相连，使所有串行DAC芯片工作在同一时钟域内；
所述第二处理器模块输出的各通道的串行DAC芯片的多路控制信号经过所述模拟指令信号调理电路模块的光耦隔离电路后，分别与所述模拟指令信号调理电路模块的对应通道的串行DAC芯片的控制信号输入端相连；所述模拟指令信号调理电路模块的各通道的串行DAC芯片的输出端分别与所述模拟指令信号调理电路模块的对应通道的功率放大电路的输入端相连。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术兼容自定义总线，使用灵活；(2)本专利技术采用模块化设计思想，它至少包括第一处理模块，第二处理器模块，以及底板；各模块相互独立，可维护性较好且便于日后的升级改造；(3)本专利技术采用拨码开关，便于外设主控制装置对该多轴运动控制装置进行识别；(4)本专利技术中，所述第一处理器模块与所述第二处理器模块分工明确，硬件架构合理，提升了多轴运动控制系统的运行效率。附图说明图1为一种模块化的简易多轴运动控制装置的结构示意图；图2为模拟指令信号调理电路模块的结构示意图；图3为指令脉冲信号调理电路模块的结构示意图；图4为编码器信号调理电路模块的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术一种模块化的简易多轴运动控制装置，如图1所示，该运动控制装置至少包括第一处理器模块、第二处理器模块以及底板；所述第一处理器模块与第二处理器模块各自独立，通过IO管脚连接；所述第一处理器模块与第二处理器模块通过插槽接口搭建在底板上。底板上至少包括信号调理电路1、信号调理电路2、信号调理电路3、电源管理模块、拨码开关、DSP总线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化的简易多轴运动控制装置，其特征在于：它至少包括第一处理器模块、第二处理器模块以及底板；所述底板至少包括DSP总线扩展接口、主轴接口、辅助编码器接口、运动轴接口、开关量输入接口、数字量输出接口、信号调理电路1、信号调理电路2、信号调理电路3、电源管理模块、拨码开关、运动轴接口、主轴接口、辅助编码器接口、数字量输出接口、开关量输入接口和DSP总线扩展接口；所述第一处理器模块、第二处理器模块各自独立，所述第一处理器模块与所述第二处理器模块之间通过IO管脚连接。

【技术特征摘要】
1.一种模块化的简易多轴运动控制装置，其特征在于：它至少包括第一处理器模块、第二处理器模块以及底板；所述底板至少包括DSP总线扩展接口、主轴接口、辅助编码器接口、运动轴接口、开关量输入接口、数字量输出接口、信号调理电路1、信号调理电路2、信号调理电路3、电源管理模块、拨码开关、运动轴接口、主轴接口、辅助编码器接口、数字量输出接口、开关量输入接口和DSP总线扩展接口；所述第一处理器模块、第二处理器模块各自独立，所述第一处理器模块与所述第二处理器模块之间通过IO管脚连接。2.根据权利要求1所述的一种模块化的简易多轴运动控制器，其特征在于：所述信号调理电路1与运动轴接口、主轴接口、辅助编码器接口和第二处理器模块相连；所述信号调理电路2与开关量输入接口和第二处理器模块相连；所述信号调理电路3与数字量输出接口和第二处理器模块相连；所述DSP总线扩展接口的一端与第一处理器模块相连，另一端与外设主控制装置相连。3.根据权利要求1所述的一种模块化的简易多轴运动控制装置，其特征在于：所述运动轴接口包括四个运动轴接口，分别是A运动轴接口、B运动轴接口、C运动轴接口、D运动轴接口；每个运动轴接口分别与外设伺服驱动器相连。4.根据权利要求1所述的一种模块化的简易多轴运动控制装置，其特征在于：所述主轴接口包括模拟主轴接口和数字主轴接口；所述模拟主轴接口与外设模拟主轴驱动装置相连；所述数字主轴接口与外设数字主轴驱动装置相连。5.根据权利要求1所述的一种模块化的简易多轴运动控制装置，其特征在于：所述拨码开关的输出值用于作为多轴运动控制器的ID号，它的输出端与第一处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘海鸿，陈琳，何蕴达，韦庆情，黄炳琼，董海涛，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45