多轴伺服驱动器的制作方法

本实用新型涉及电机控制技术领域，特别涉及一种多轴伺服驱动器。

背景技术：

随着自动化生产和机器人应用的普及，对多轴电机驱动器的需求增长迅猛。现有的伺服驱动器一般是单轴的，即一个伺服驱动器只能驱动一个伺服电机。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：对于4轴或者6轴伺服电机驱动应用而言，需要采用多个独立的电机驱动器，由此带来驱动部分整体器件数目繁多，接线复杂，增加了成本。而现有的另一种多轴集成电机驱动方案中，各轴电机的核心控制一般采用独立控制芯片实现，对于4轴或者6轴电机控制而言，控制芯片的数目较多，体积以及功耗较大，后期维护复杂、成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种多轴伺服驱动器，通过一个现场可编程逻辑门阵列芯片同时实现多轴电机的核心控制，使得驱动器的主芯片数目远少于现有的多轴电机驱动方案，从而可以减小驱动器体积、功耗，并有利于降低成本以及简化后期维护工作。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种多轴伺服驱动器，包括：伺服控制板以及L个伺服驱动板；其中，所述L为大于或者等于1的整数；所述伺服控制板连接于所述L个伺服驱动板；所述伺服控制板包括微控制单元以及核心算法控制单元；所述微控制单元集成于第一芯片内，所述核心算法控制单元集成于第二芯片内；所述第二芯片为现场可编程逻辑门阵列结构；所述微控制单元通过并行总线连接于所述核心算法控制单元；所述微控制单元用于采集预设信号以及输入输出控制；所述核心算法控制单元用于提供N个电机的运行控制信号；所述N为大于1的整数；所述L个伺服驱动板用于根据所述N个电机的运行控制信号驱动伺服电机。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，将用于提供N个电机的运行控制信号的核心算法控制单元集成于一个现场可编程逻辑门阵列芯片中，而微控制单元仅用于采集预设信号以及输入输出控制，并将微控制单元单独集成于一颗芯片中，因此，本实施方式仅需两颗主芯片即可实现多轴伺服驱动器的相关控制功能，从而使得多轴伺服驱动器的体积以及功耗进一步减小，并且还有利于简化后期维护工作以及降低成本。

另外，所述伺服驱动板包括：开关电源、整流与保护模块以及M个智能功率模块；其中，所述M为大于1的整数；所述整流与保护模块以及M个智能功率模块均连接于所述开关电源；所述整流与保护模块连接于所述M个智能功率模块。

另外，所述M等于2。通过在一个伺服驱动板上集成2个智能功率模块，并通过伺服控制板控制多个伺服驱动板，从而可以灵活地实现4轴、6轴伺服驱动器，

另外，所述伺服控制板还包括集成于所述第一芯片内的通信接口，所述通信接口连接于所述微控制单元。

另外，所述通信接口包括：USB、RS232、RS485、CAN中的一者或多者，从而使得多轴伺服驱动器与外部设备之间具有灵活的通信能力。

另外，所述多轴伺服驱动器还包括连接于所述微控制单元的显示模块，从而便于用户观察多轴伺服驱动器的使用状态。

另外，所述第二芯片内还集成有编码器信号处理单元，所述编码器信号处理单元连接于所述核心算法控制单元。

另外，所述第一芯片内还集成有信号调理模块、抱闸控制模块以及安全控制模块；所述信号调理模块、抱闸控制模块以及安全控制模块均连接于所述微控制单元。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施方式多轴伺服驱动器的结构示意图；

图2是根据本实用新型第二实施方式多轴伺服驱动器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种多轴伺服驱动。如图1所示，本实施方式的多轴伺服驱动器包括：伺服控制板以及L个伺服驱动板。其中，伺服控制板连接于L个伺服驱动板。伺服控制板用于负责运行多个电机的核心控制算法，并向各电机提供运行控制信号(即驱动控制信号)以及一些信号量的采集、输入输出控制、外围接口控制等。伺服驱动板用于根据伺服控制板提供的运行控制信号驱动电机。

本实施方式中，伺服控制板包括微控制单元以及核心算法控制单元，微控制单元通过并行总线连接于核心算法控制单元。微控制单元集成于第一芯片内，核心算法控制单元集成于第二芯片内。其中，第一芯片可以采用微处理机控制器(Microprocessor Control Unit，MCU，又称单片机)或者数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)，第二芯片采用现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)。本实施方式通过第一芯片以及第二芯片完成多轴伺服驱动器的运行控制工作。

具体地说，第二芯片，即FPGA用于提供N个电机的运行控制信号，即用于实现N个电机运行所需的核心算法，完成需要的转矩、速度以及位置的控制。其中，运行控制信号为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制信号。对于4轴伺服驱动器而言，第二芯片用于提供4个电机的运行控制信号，即4组脉冲宽度调制控制信号。对于6轴伺服驱动器而言，第二芯片用于提供6个电机的运行控制信号。脉冲宽度调制控制信号为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。本实施方式通过一个FPGA芯片处理多个伺服电机的核心控制算法，取代了现有技术中通过多个DSP分别处理单个伺服电机的核心控制算法的方案，使得主控制芯片的数目更少，因此所占用的尺寸更小，从而可以降低多轴伺服驱动器的体积以及功耗。本实施方式中，第二芯片内还集成有编码器信号处理单元，编码器信号处理单元连接于核心算法控制单元。其中，编码器信号处理单元可以用于处理来自多种类型编码器的信号，并将外部编码器提供的信号处理之后提供至核心算法控制单元。第二芯片还可以用于负责电机的电流采样信号的处理。第一芯片内还集成有信号调理模块、抱闸控制模块以及安全控制模块。信号调理模块、抱闸控制模块以及安全控制模块均连接于微控制单元。其中，信号调理模块用于将外部信号进行调理后发送至微控制单元。抱闸控制模块用于提供抱闸控制信号。安全控制模块用于提供电机、或者人身的安全保护控制信号。在实际应用中，微控制单元还用于采集预设信号以及输入输出控制。其中，预设信号例如为温度信号。本实施方式对于预设信号的不作具体限制。其中，多轴伺服驱动器还可以包括散热模块，散热模块例如为散热器或者风扇。散热模块可以连接于微控制单元，微控制单元还可以用于根据采集的温度信号控制风扇的功率。本实施方式对于散热模块不作具体限制。本实施方式中，第一芯片内还集成有通信接口，该通信接口连接于微控制单元。微控制单元还用于负责通信接口的控制。通信接口可以包括：USB、RS232、RS485、CAN中的一者或者多者。本实施方式对于通信接口不作具体限制。通过集成多种类型的通信接口，便于多轴伺服驱动器与外部设备进行数据交换。本实施方式中，多轴伺服驱动器还包括连接于微控制单元的显示模块，显示模块例如用于显示多轴伺服电机的运行状态，故障信息等。

本实施方式中，伺服驱动板包括：开关电源、整流与保护模块以及M个智能功率模块。其中，整流与保护模块以及M个智能功率模块均连接于开关电源。整流与保护模块还连接于M个智能功率模块。本实施方式中，多轴伺服驱动器包括一个伺服驱动板，因此，M可以等于N，即，核心算法控制单元所能控制的电机的数目与伺服驱动板上的智能功率模块的数目相同。举例而言，当本实施方式的多轴伺服驱动器设计成4轴伺服驱动器时，伺服驱动板上就集成有4个智能功率模块，4个智能功率模块分别用于驱动4个伺服电机。本实施方式中，N为大于1的整数，L以及N均为大于或者等于1的整数。本实施方式对于L、M以及N的取值均不作具体限制。

本实施方式与现有技术相比，将用于提供N个电机的运行控制信号的核心算法控制单元集成于一个现场可编程逻辑门阵列芯片中，由于FPGA芯片具有运算速度快、编码兼容性高的特点，所以可以将多个电机的核心算法控制集成入一颗FPGA芯片。本方案同时采用MCU或者DSP负责外围接口、输入输出以及少量信号的处理，从而通过2个芯片实现了多轴伺服驱动器的控制，进而使得多轴伺服驱动器的体积以及功耗进一步减小，并且还有利于简化后期维护工作以及降低成本。

本实用新型的第二实施方式涉及一种多轴伺服驱动器。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，多轴伺服驱动器包括一个伺服驱动板，且该伺服驱动板上集成有N(即M等于N)个智能功率模块。而在本实用新型第二实施方式中，多轴伺服驱动器包括多个伺服驱动板，每个伺服驱动板上集成有2(即M等于)个智能功率模块。

如图2所示，本实施方式中，多轴伺服驱动器包括：伺服控制板以及多个伺服驱动板。其中，4轴伺服驱动器包括2个伺服驱动板，每个伺服驱动板上设置有2个智能功能率模块。6轴伺服驱动器则可以包括3个伺服驱动板，而本实施方式的核心算法控制单元则可以根据需要控制的电机的数目装载对应的硬件代码。

因此，本实施方式通过一个伺服驱动板带动2个电机，从而便于整个多轴伺服驱动器功能的扩展，使得其不仅能灵活适应不同应用场景的需求，而且有利于节约成本。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。