[發(fā)明專利]多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310457241.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN103488126A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史屹君;孫成文;張萌;劉洋;陳廣永;毛雪冬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津市中環(huán)電子計(jì)算機(jī)有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/414
• 分類號(hào): G05B19/414
• 代理公司: 天津中環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 12105
• 代理人: 莫琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，特別涉及一種多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，用于高校教學(xué)和產(chǎn)品開發(fā)。

背景技術(shù)

目前，市場上的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)多采用嵌入式計(jì)算機(jī)或DSP核心，雖然功能強(qiáng)大、性能優(yōu)異，但成本較高，多數(shù)低成本產(chǎn)品無法使用，高校教學(xué)等需求也無法大面積普及。

而以單片機(jī)為主的低成本芯片卻普遍并不為運(yùn)動(dòng)控制等高端應(yīng)用所接受，只用來從事一些邏輯控制。然而，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，如航天飛機(jī)，仍然用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)開發(fā)工作，以保證穩(wěn)定性，并使其發(fā)揮出最大效能，說明低成本芯片仍然能在復(fù)雜的系統(tǒng)中應(yīng)用。因此，應(yīng)用低成本芯片開發(fā)用于高校教學(xué)、低端產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)不僅成本底，而且能夠足用戶的需要。而目前尚無此類產(chǎn)品在市場上出現(xiàn)，文獻(xiàn)中也未見相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低成本多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，利用單片機(jī)構(gòu)成主控模塊，通過主控模塊控制其它電路模塊，設(shè)計(jì)制作多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)有和控制面板、反饋信號(hào)、計(jì)算機(jī)、限位開關(guān)、光電開關(guān)、編碼器及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接口，充分利用現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)多軸運(yùn)動(dòng)控制功能，以求大幅度降低開發(fā)平臺(tái)成本，適用高校教學(xué)、低端產(chǎn)品開發(fā)需求。?

本發(fā)明是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，其特征在于：開發(fā)平臺(tái)電路包括主控模塊、核心算法模塊、反饋采集模塊、專用數(shù)字IO模塊、通用數(shù)字IO模塊、通訊模塊、電機(jī)控制信號(hào)輸出模塊、電源處理模塊；

?????所述電源處理模塊與主控模塊連接，主控模塊分別與通用數(shù)字IO模塊、通訊模塊、核心算法模塊連接，核心算法模塊與專用數(shù)字IO模塊連接，核心算法模塊與電機(jī)控制信號(hào)輸出模塊連接，反饋采集模塊與核心算法模塊連接；通用數(shù)字IO模塊通過IO接口分別與控制面板、手輪、顯示器連接，反饋采集模塊通過增量型編碼器光柵接口與增量編碼器連接，電機(jī)控制信號(hào)輸出模塊通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接口與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接；

所述主控模塊由ATmega128單片機(jī)構(gòu)成，用于完成綜合控制、邏輯控制、通訊功能；

所述核心算法模塊由一塊ATmega128單片機(jī)構(gòu)成，主要用于對(duì)反饋信息、專用IO信息進(jìn)行采集和運(yùn)算；

所述反饋采集模塊由高速光電隔離芯片及差分電路構(gòu)成，再由差分電路對(duì)隔離后的信息進(jìn)行差分，然后送入主控模塊，減少反饋信息所受到的環(huán)境干擾；

所述通用數(shù)字IO模塊采用74HC595芯片，74HC595芯片通過TLP521-4光電隔離芯片與構(gòu)成主控模塊的ATmega128單片機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)I/O拓展，增加I/O數(shù)量；采用TLP521-4光電隔離芯片采集信息，從而保護(hù)主控模塊的穩(wěn)定工作；

所述專用數(shù)字I/O模塊由MCU（ATmega128）、編碼器、行程限制元件、回零標(biāo)志電路、放大器使能電路、比較相等輸出電路、方向輸出電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和放大器出錯(cuò)電路連接組成；

行程限制元件用于電機(jī)的限位、回零標(biāo)志電路用于觸發(fā)電機(jī)，令其轉(zhuǎn)動(dòng)到零點(diǎn)、放大器出錯(cuò)電路用于采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作電壓，當(dāng)電機(jī)電流過大，觸發(fā)放大器出錯(cuò)電路向系統(tǒng)傳送出錯(cuò)信號(hào)，主控模塊發(fā)出指令使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；

放大器使能電路輸入端與?ATmega128?的一個(gè)I/O端口連接，當(dāng)ATmega128?的I/O端口電平有效時(shí)，觸發(fā)則放大器電路使能；

比較相等輸出電路分別與?ATmega128?的一個(gè)I/O端口、放大器使能電路輸出端、方向輸出電路連接，對(duì)從放大器出錯(cuò)電路采集的電平與系統(tǒng)設(shè)定電平進(jìn)行比較，如采集的電平與系統(tǒng)設(shè)定電平相等，則觸發(fā)此功能；

方向輸出電路由比較相等輸出電路控制，其輸出端連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向由ATmega128?的兩個(gè)I/O端口與比較相等輸出的電路的輸出電平進(jìn)行邏輯運(yùn)算，如比較相等輸出電路的輸出電平為低電平時(shí)，則方向輸出電路不工作，如比較相等輸出電路的輸出電平為高電平，則電機(jī)具體的輸出方向由ATmega128的兩個(gè)I/O端口控制；

放大器出錯(cuò)電路包括AD電壓采集芯片，AD電壓采集芯片采集電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的工作電壓，對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的工作電壓進(jìn)行監(jiān)控，如果電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作電壓異常，則放大器出錯(cuò)電路輸出低電平，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作電壓正常，則放大器出錯(cuò)電路輸出高電平；

專用數(shù)字I/O模塊的I/O信息優(yōu)先級(jí)最高，如正向行程限制I/O被觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)優(yōu)先處理此信息，使電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，即使上位機(jī)再次下達(dá)正向運(yùn)動(dòng)指令，此電路部分仍舊不予處理，當(dāng)上位機(jī)下達(dá)負(fù)向運(yùn)動(dòng)指令時(shí)，此電路部分將解除鎖定予以處理；