一种多轴电机伺服运动控制装置，包含电机控制ＤＳＰ电路（１）、电机接口电路（５）、共享存储器（１２）、附属接口电路（９）、传感信号（１０）构成，其特征在于，电机控制ＤＳＰ电路（１）由电机控制模块（２）、ＰＷＭ输出电路（３）、Ａ／Ｄ转换电路（４）组成，电机接口电路（５）由编码器接口（６）、数字Ｉ／Ｏ电路（７）以及ＰＣ计算机接口电路（８）组成，电机控制ＤＳＰ电路（１）通过电机接口电路（５）采样电机转角信号和电机限位信号，通过Ａ／Ｄ转换电路（４）采样传感信号（１０），经电机控制（２）计算后，通过ＰＷＭ输出电路（３）输出电机伺服信号，或经电机接口电路（５）的数字Ｉ／Ｏ电路（７）输出电机开关控制信号，实现电机控制；电机控制ＤＳＰ电路（１）通过ＤＰＲＡＭ（１２）和电机接口电路（５）的ＰＣ计算机接口电路（８）实现与ＰＣ计算机的数据和信息交换。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于PC计算机实现的多轴电机位置伺服控制，更具体地说，涉及一种多轴电机伺服运动控制装置。
技术介绍
与其他机器人和数控机床相比，机器人灵巧手的一个最大特点是电机数量多，关节组合方式多样，通常为9～18轴，为此其运动控制器需要足够的数据计算能力。由于常规CPU的运算能力有限，需要较多的CPU，造成运动控制器结构复杂，体积庞大，集成度下降。近年来随着数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)性价比和稳定性的提高，其在控制上的应用也迅速展开。为提高灵巧手运动控制器的集成度，基于DSP的多轴电机伺服结构成为首选。但目前的商用DSP运动控制器由于采用通用DSP设计，必须附加较多的外围接口器件，结构复杂，成本高，集成度低，而且4、8、16的电机配置方式也不适合组和实现各种9或17、18自由度灵巧手。为此，意大利的U.B.II，德国宇航中心的DLR等灵巧手都设计了专用DSP运动控制器，但这些运动控制器缺少ISA/PCI等PC总线接口，过于专用，难以用于各种基于PC计算机的科研型灵巧手的控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于PC计算机的，具有较高集成度和性价比的，结构设计简单的，能用最经济的控制器组合方式实现9～18自由度机器人灵巧手控制的多轴伺服运动控制装置。本专利技术采用以下技术方案实现一种多轴电机伺服运动控制装置，采用计算机插接卡结构实现，由电机控制DSP电路、电机控制外围接口电路、计算机接口通讯电路、模拟传感器信号采集电路以及其他附属接口电路组成。所述的多轴电机伺服运动控制装置，包含电机控制DSP电路、电机接口电路、共享存储器、附属接口电路、传感信号构成。其中，电机控制DSP电路由电机控制模块、PWM输出电路、A/D转换电路组成，电机接口电路由编码器接口、数字I/O电路以及PC计算机接口电路组成，电机控制DSP电路通过电机接口电路采样电机转角信号和电机限位信号，通过A/D转换电路采样传感信号，经电机控制计算后，通过PWM输出电路输出电机伺服信号，或经电机接口电路的数字I/O电路输出电机开关控制信号，实现电机控制；电机控制DSP电路通过共享存储器DPRAM和电机接口电路的PC计算机接口电路实现与PC计算机的数据和信息交换。所述的电机控制内部包括四个功能模块，分别是伺服控制模块、模拟信号采样模块、通讯模块和主控模块，其中，主控模块调度和管理其他三个功能模块的运行，伺服控制模块在中断管理模块的控制下实现9路电机的轨迹规划、编码器采样、伺服控制及信号输出功能；模拟信号采样模块实现模拟传感信号的采样，并将结果传送给PC计算机；通讯模块通过共享存储器DPRAM和PC计算机接口电路实现与PC计算机数据传输。所述的电机控制DSP电路1与PC计算机的通讯可采用双口DPRAM或I/O通道方式实现，并设有中断控制逻辑增加双向通讯的灵活性，DPRAM实现公共数据存储功能，电机接口电路的PC计算机接口实现I/O通道方式及DPRAM方式的握手信号，以及中断逻辑控制和总线隔离。所述的编码器接口电路能够同时实现九路增量式编码器的鉴相、四倍频和16位计数功能，当出现错误状态转换的情况下，输出保持不变。所述电机接口电路可采用FPGA、CPLD、大规模可编程逻辑器件实现。所述电机控制芯片可以采用型号为TMS320X240或TMS320X280或TMS320X240x等系列芯片。同现有技术相比，本专利技术的优点是附属接口电路以外的部分，包括微处理器核心电路，电机控制外围接口电路，计算机接口通讯电路，模拟传感器信号采集电路，采用三个芯片即可实现，具有集成度高，电路结构简单的特点，同时也降低了成本。采用全数字伺服控制方法，有利于提高控制器的抗干扰能力。对于常见的9～18自由度灵巧手，采用1～2个控制器，即可非常经济的实现控制系统配置。基于计算机总线插卡设计，有利于构建通用型的灵巧手控制系统，提高灵巧手研究效率。附图说明图1是本专利技术的结构框图。图2是本专利技术的电机控制各模块相互关系图。图3是DSP与计算机的通讯逻辑结构图。图4是四倍频和计数电路逻辑状态转换图。图5是四倍频和计数电路逻辑时序图。图6是本专利技术的DSP电原理图。图7是本专利技术的DPRAM电原理图。图8是本专利技术的FPGA电原理图。图9是本专利技术的FPGA内部结构框图。图中1.电机控制DSP电路2.电机控制3.PWM输出电路4.A/D转换电路 5.电机接口电路 6.编码器接7.数字I/O电路 8.PC接口9.附属接口电路10.传感信号11.电机驱动及接12.共享存储器201.主控模块 202.伺服控制 203.模拟信号采样 204.PC计算机通讯具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明请参见图1所示，本专利技术的一种多轴电机伺服运动控制装置采用计算机插接卡结构实现，通过ISA总线实现与PC计算机联路，能够完成9路电机的伺服控制，同时完成12路模拟传感信号的采集。现有的基于数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)的运动控制器由于采用通用DSP设计，必须附加较多的外围接口器件，结构复杂，成本高，集成度低。在本专利技术中电机控制DSP电路1由电机控制模块2、PWM输出电路3、A/D转换电路4组成，电机接口电路5由编码器接口6、数字I/O电路7以及PC计算机接口电路8组成，电机控制DSP电路1通过电机接口电路5采样电机转角信号和电机限位信号，通过A/D转换电路4采样传感信号10，经电机控制2计算后，通过PWM输出电路3输出电机伺服信号，或经电机接口电路5的数字I/O电路7输出电机开关控制信号，实现电机控制；电机控制DSP电路1通过共享存储器12和电机接口电路5的PC计算机接口电路8实现与PC计算机的数据和信息交换。注DSP数字信号处理器(Digital Signal Processor)。FPGA现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array)。PWM脉宽调制脉冲(Pulse Width Moldulatoin)。DPRAM共享存储模块(Double Port RAM)。电机控制2内部包括四个功能模块，分别是伺服控制模块202、模拟信号采样模块203、通讯模块204和主控模块201，其中，主控模块201调度和管理其他三个功能模块的运行，伺服控制模块202在中断管理模块的控制下实现9路电机的轨迹规划、编码器采样、伺服控制及信号输出功能；模拟信号采样模块203实现模拟传感信号的采样，并将结果传送给PC计算机；通讯模块204通过共享存储器DPRAM 12和PC计算机接口电路8实现与PC计算机数据传输。如图1、图3所示，电机控制DSP电路1与PC计算机的通讯可采用共享存储器DPRAM或I/O通道方式实现，并设有中断控制逻辑增加双向通讯的灵活性，DPRAM实现公共数据存储功能，PC计算机接口实现I/O通道方式及DPRAM方式的握手信号，以及中断逻辑控制和总线隔离。电机控制芯片可以采用型号为TMS320X240或TMS320X280或TMS320X240x等系列芯片。编码器接口电路能够同时实现九路增量式编码器的鉴相、四倍频和16位计数功能，当出现错误状态转换的情况下，输出保持不变，具本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王田苗，张玉茹，韩壮志，刘军传，魏洪兴，丑武胜，李继婷，郭卫东，刘博，刘杰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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