五軸運(yùn)動(dòng)控制器及其控制方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種五軸運(yùn)動(dòng)控制器及其控制方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]隨著國(guó)內(nèi)自動(dòng)化水平的提高,對(duì)各種自動(dòng)化設(shè)備的需求也越來(lái)越大。自動(dòng)化設(shè)備的核心是伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制。通常伺服系統(tǒng)包括電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、運(yùn)動(dòng)控制卡和PLC。其中,伺服驅(qū)動(dòng)器作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu),功能較為單一。而運(yùn)動(dòng)控制卡則集成有多種運(yùn)動(dòng)控制功能諸如:電子齒輪、電子凸輪、軸疊加、虛擬軸控制、插補(bǔ)等。PLC則用于實(shí)現(xiàn)了各種不同現(xiàn)場(chǎng)所特定的邏輯控制功能。為了兼顧通用的運(yùn)動(dòng)控制功能和專(zhuān)用的邏輯控制功能,市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種集運(yùn)動(dòng)控制功能與邏輯控制功能于一體的五軸運(yùn)動(dòng)控制卡。傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制器無(wú)法用梯形圖編程,編寫(xiě)邏輯功能較難,一般需要搭配PLC來(lái)構(gòu)建系統(tǒng),因此導(dǎo)致接線(xiàn)復(fù)雜、成本高、不易調(diào)試且可靠性低。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題,而提供一種易于實(shí)施及調(diào)試、可靠性高且成本低廉的五軸運(yùn)動(dòng)控制器及其控制方法。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一種五軸運(yùn)動(dòng)控制器,其包括處理器和與該處理器相連接的外圍設(shè)備、驅(qū)動(dòng)模塊、操作系統(tǒng)及應(yīng)用模塊,所述驅(qū)動(dòng)模塊及應(yīng)用模塊分別裝設(shè)于所述操作系統(tǒng)上,所述外圍設(shè)備分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊與操作系統(tǒng)和應(yīng)用模塊連接和通信,且在所述外圍設(shè)備上編寫(xiě)程序,將編寫(xiě)的程序發(fā)送至五軸運(yùn)動(dòng)控制卡上,運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)編寫(xiě)的程序輸出特定的模擬量或脈沖,并將該模擬量或脈沖輸入到伺服驅(qū)動(dòng)器中,從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成特定的動(dòng)作。
[0005]所述外圍設(shè)備包括FPGA模塊、RS232接口、RS485接口、網(wǎng)絡(luò)接口、CAN總線(xiàn)接口、NAND Flash模塊、DDR內(nèi)存、SD卡接口、模擬輸入接口、運(yùn)動(dòng)軸卡、擴(kuò)展單元、數(shù)字輸入/輸出接口、模擬輸出接口、伺服驅(qū)動(dòng)器、上位機(jī)軟件平臺(tái)、EEPROM芯片及電機(jī),其中,所述處理器分別與FPGA模塊、RS232接口、RS485接口、網(wǎng)絡(luò)接口、NAND Flash模塊、DDR內(nèi)存、SD卡接口、模擬輸入接口及EEPROM芯片相連接,所述FPGA模塊的輸出端則分別與CAN總線(xiàn)接口、擴(kuò)展單元、數(shù)字輸入/輸出接口及模擬輸出接口相連接,所述模擬輸出接口與運(yùn)動(dòng)控制器輸出的模擬量連接,模擬量的輸出端與伺服驅(qū)動(dòng)器相連接,伺服驅(qū)動(dòng)器則與電機(jī)相連接。
[0006]所述DDR內(nèi)存的內(nèi)存空間為512M字節(jié),所述NAND Flash模塊的程序空間為2G字節(jié),所述SD卡接口與外部SD卡連接,用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序。
[0007]所述驅(qū)動(dòng)模塊包括DDR驅(qū)動(dòng)單元、定時(shí)器驅(qū)動(dòng)單元、輸入/輸出驅(qū)動(dòng)單元、IIC總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元、NAND Flash驅(qū)動(dòng)單元、SD卡驅(qū)動(dòng)單元、網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)單元及異步循環(huán)串口驅(qū)動(dòng)單元,其中,所述DDR內(nèi)存通過(guò)DDR驅(qū)動(dòng)單元被所述操作系統(tǒng)識(shí)別并彼此連接和通信,所述處理器上設(shè)有定時(shí)器,該定時(shí)器通過(guò)定時(shí)器驅(qū)動(dòng)單元被操作系統(tǒng)識(shí)別并彼此連接和通信,所述數(shù)字輸入/輸出接口通過(guò)輸入/輸出驅(qū)動(dòng)單元被操作系統(tǒng)識(shí)別并彼此連接和通信,所述EEPROM芯片通過(guò)IIC總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元被操作系統(tǒng)識(shí)別并彼此連接和通信,所述NAND Flash模塊通過(guò)NAND Flash驅(qū)動(dòng)單元被操作系統(tǒng)識(shí)別并彼此連接和通信,所述SD卡接口通過(guò)SD卡驅(qū)動(dòng)單元被操作系統(tǒng)識(shí)別并彼此連接和通信,所述網(wǎng)絡(luò)接口通過(guò)網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)單元被操作系統(tǒng)識(shí)別并彼此連接和通信,所述RS232接口和RS485接口分別通過(guò)異步循環(huán)串口驅(qū)動(dòng)單元被操作系統(tǒng)識(shí)別并彼此連接和通信。
[0008]所述操作系統(tǒng)采用微內(nèi)核ucosll操作系統(tǒng)。
[0009]所述應(yīng)用模塊包括運(yùn)動(dòng)控制功能模塊和PLC邏輯控制功能模塊和多個(gè)虛軸,所述運(yùn)動(dòng)控制功能模塊、PLC邏輯控制功能模塊和多個(gè)虛軸模塊分別裝設(shè)于所述操作系統(tǒng)上,所述運(yùn)動(dòng)控制功能模塊包括電子齒輪單元、電子凸輪單元、點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)單元、位置閉環(huán)單元、運(yùn)動(dòng)疊加單元、輪切單元、追剪單元及自動(dòng)對(duì)位單元。
[0010]所述電機(jī)上設(shè)有多個(gè)主軸和多個(gè)從軸,所述從軸和主軸相互嚙合并隨主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng),所述多個(gè)虛軸模塊可與一個(gè)或多個(gè)主軸進(jìn)行疊加,從而實(shí)現(xiàn)電子齒輪單元、電子凸輪單元、點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)單元、位置閉環(huán)單元、運(yùn)動(dòng)疊加單元、輪切單元、追剪單元及自動(dòng)對(duì)位單元所對(duì)應(yīng)的各種功能。
[0011]所述特定的動(dòng)作為針對(duì)某種應(yīng)用的一系列動(dòng)作的組合,該動(dòng)作的組合由公用的基本動(dòng)作所提取而組合成為運(yùn)動(dòng)控制功能模塊,并針對(duì)各種應(yīng)用通過(guò)調(diào)用運(yùn)動(dòng)控制功能模塊中的相應(yīng)動(dòng)作來(lái)編寫(xiě)程序。
[0012]該方法包括如下步驟:
[0013]a、所有任務(wù)初始化;
[0014]b、操作系統(tǒng)初始化;
[0015]C、任務(wù)調(diào)度.
[0016]在所述步驟c中,所述應(yīng)用模塊調(diào)用運(yùn)動(dòng)控制功能模塊和PLC邏輯控制功能模塊中的函數(shù),從而生成多個(gè)任務(wù),這些任務(wù)的運(yùn)行采用操作系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度,任務(wù)最終調(diào)用驅(qū)動(dòng)模塊操控各外圍設(shè)備從而完成所需的任務(wù)。
[0017]本發(fā)明的貢獻(xiàn)在于,其有效克服了傳統(tǒng)的五軸運(yùn)動(dòng)控制器接線(xiàn)復(fù)雜、成本高、不易調(diào)試且可靠性低等缺陷。本發(fā)明通過(guò)將伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制功能與邏輯控制功能集合于一體,使用戶(hù)基于五軸運(yùn)動(dòng)控制器,并通過(guò)在上位機(jī)軟件平臺(tái)上編寫(xiě)的PLC梯形圖或功能圖,就可以靈活地搭建各種不同的伺服系統(tǒng)。此外,本發(fā)明由于使運(yùn)動(dòng)控制器的各功能模塊化,從而使得復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)變得十分容易實(shí)現(xiàn),并使成本顯著降低,本發(fā)明還具有易于實(shí)施及調(diào)試等特點(diǎn)。
【【附圖說(shuō)明】】
[0018]圖1是本發(fā)明的處理器與外圍設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)模塊、操作系統(tǒng)及應(yīng)用模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)控制功能模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
[0021]圖4是本發(fā)明的流程框圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0022]下列實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步解釋和補(bǔ)充,對(duì)本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。
[0023]如圖1?圖4所示,本發(fā)明的五軸運(yùn)動(dòng)控制器包括處理器10、外圍設(shè)備20、驅(qū)動(dòng)模塊30、操作系統(tǒng)40及應(yīng)用模塊50。在本實(shí)施例中,所述處理器10采用型號(hào)為AM3354的32位的Contex-AS處理器。所述操作系統(tǒng)40采用精簡(jiǎn)的微內(nèi)核ucosll操作系統(tǒng),該操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度快,實(shí)時(shí)性高。所述處理器10分別與外圍設(shè)備20、驅(qū)動(dòng)模塊30、操作系統(tǒng)40及應(yīng)用模塊50連接和通信。所述驅(qū)動(dòng)模塊30及應(yīng)用模塊50分別設(shè)于操作系統(tǒng)40上,所述外圍設(shè)備20則分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊30與操作系統(tǒng)40和應(yīng)用模塊50連接和通信。
[0024]如圖1所示,所述外圍設(shè)備20與所述處理器1相連接。所述外圍設(shè)備20包括FPGA模塊 201、RS232 接口 202、RS485 接口 203、網(wǎng)絡(luò)接口 204、CAN 總線(xiàn)接口 205、NAND Flash 模塊206、DDR內(nèi)存207、SD卡接口 208、模擬輸入接口 209、運(yùn)動(dòng)軸卡210、擴(kuò)展單元211、數(shù)字輸入/輸出接口 212、模擬輸出接口 213、伺服驅(qū)動(dòng)器214、上位機(jī)軟件平臺(tái)215、EEPR0M芯片216及電機(jī)217。其中,所述擴(kuò)展單元211可為該控制卡擴(kuò)展出更多外設(shè),如數(shù)字輸入/輸出接口 212、模擬輸入接口 209、模擬輸出接口 213等。所述DDR內(nèi)存207可為運(yùn)動(dòng)控制器提供512M字節(jié)的內(nèi)存空間,所述NAND Flash模塊206可為運(yùn)動(dòng)控制器提供2G字節(jié)的程序空間,所述SD卡接口 208與外部SD卡連接,用于存儲(chǔ)用戶(hù)的應(yīng)用程序。所述處理器10分別與 FPGA 模塊 201、RS232 接口 202、RS485 接口 203、網(wǎng)絡(luò)接口 204、NAND Flash 模塊 206、DDR內(nèi)存207、SD卡接口 208、模擬輸入接口 209及EEPROM芯片216相連接,所述FPGA模塊18的輸出端則分別與CAN總線(xiàn)接口 205、擴(kuò)展單元211、數(shù)字輸入/輸出接口 212及模擬輸出接口 213相連接,所述模擬輸入接口 213與上位機(jī)軟件平臺(tái)215連接,所述模擬輸出接口 213與運(yùn)動(dòng)控制器輸出的模擬量連接,模擬量的輸出端則與伺服驅(qū)動(dòng)器214相連接,伺服驅(qū)動(dòng)器214的輸出端則與電機(jī)217相連接。
[0025]如圖2,所述驅(qū)動(dòng)模塊30裝設(shè)于所述操作系統(tǒng)40上。所述驅(qū)動(dòng)模塊30包括DDR驅(qū)動(dòng)單元31、定時(shí)器驅(qū)動(dòng)單元32、輸入/輸出驅(qū)動(dòng)單元33、IIC總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元34、NAND Flash驅(qū)動(dòng)單元35、SD卡驅(qū)動(dòng)單元36、網(wǎng)口驅(qū)動(dòng)單元37及異步循環(huán)串口驅(qū)動(dòng)單元38。其中,所述DDR內(nèi)存207通過(guò)DDR驅(qū)動(dòng)單元被所述操作系統(tǒng)40識(shí)別并彼此連接和通信,該DDR內(nèi)存207可為運(yùn)動(dòng)控制器提供512M字節(jié)的內(nèi)存空間。所述NAND Flash模塊206通過(guò)NAND Flash驅(qū)動(dòng)單元35被操作系統(tǒng)40識(shí)別并彼此連接和通信,該NAND Flash模塊206可為運(yùn)動(dòng)控制器提供2G字節(jié)的程序空間。所述處理器10上設(shè)有定時(shí)器11,該定時(shí)器11通過(guò)定時(shí)器驅(qū)動(dòng)單元32被操作系統(tǒng)40識(shí)別并彼此連接和通信。所述數(shù)字輸入/輸出接口 212通過(guò)輸入/輸出驅(qū)動(dòng)單元33被操作系統(tǒng)40識(shí)別并彼此連接和通信。所述EEPROM芯片216通過(guò)IIC總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)單元34被操作系統(tǒng)40識(shí)別