[发明专利]嵌入式四轴运动控制器

说明书

技术领域：

本发明是一种嵌入式四轴运动控制器，具体地讲是一种基于PC104总线，提出采用ARM7芯片S3C44B0X作为主控制器和专用DSP运动控制芯片MCX314As作为从处理器的嵌入式四轴运动控制器。属于运动控制器的改造技术。

背景技术：

在运动控制器的发展过程中，出现了以单片机、专用芯片(ASIC)、DSP和FPGA为核心处理器的运动控制平台。其中当前市场上主要的运动控制器是基于“PC+运动控制卡”的运动控制器，通过将PC机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制卡的运动轨迹控制能力有机地结合在一起。但是这种方式在结构和性能上都存在很大的局限性：

(1)运动控制卡不能脱离计算机总线，需要插入计算机主板的PCI或者ISA插槽，因此每个具体应用都必须配置一台PC机作为上位机，这无疑对设备的体积、成本和运行环境都有一定的限制，难以独立运行和小型化。

(2)由于采用的是通用的工业PC机平台，硬件不可裁剪，对于很多场合，PC机上的许多功能都没有用到，而用户仍然要付出该成本。由于无法针对运动控制系统的特点来对系统软、硬件进行裁剪，因此采用通用的工业PC机不能很好地搭建嵌入式运动控制平台。

(3)系统的稳定性不是很好。工业PC计算机在运行时采用通用的Windows操作系统，一方面Windows系统不是实时的操作系统，不能对现场加工的特殊情况做出及时响应，这会导致系统的不稳定；另一方面Windows系统容易感染病毒，导致系统崩溃，增加系统的维护难度。

发明内容：

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种可以脱离上位机单独运行，运算能力强、成本低，能极大地减小系统的体积和降低功耗，提高系统的可靠性和开放性的嵌入式四轴运动控制器。

本发明的技术方案是：包括有主控制器及运动控制模块，主控制器的输出端通过输出接口与运动控制模块连接，运动控制模块分别与X轴运动部件、Y轴运动部件、Z轴运动部件、U轴运动部件连接。

上述运动控制模块与X轴运动部件、Y轴运动部件、Z轴运动部件、U轴运动部件之间还分别设有X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、U轴伺服驱动器，运动控制模块的输出端分别与X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、U轴伺服驱动器连接，X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、U轴伺服驱动器分别通过X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机、U轴伺服电机与X轴运动部件、Y轴运动部件、Z轴运动部件、U轴运动部件连接。

上述主控制器还连接有存储器。

上述存储器包括有FLASH存储器及SDRAM存储器。

上述主控制器通过输入输出接口连接有输入输出设备。

上述主控制器还通过液晶显示接口连接有液晶显示设备。

上述主控制器还通过接口连接有上位机。

上述接口包括有串行接口、并行接口、USB接口、以太网接口。

上述主控制器采用具有人机接口、通信接口、任务管理、指令译码、轨迹规划和速度预处理功能的基于ARM7TDMI内核的S3C44B0X芯片，运动控制模块采用能实现实时高速的插补控制的DSP运动控制芯片MCX314As；输出接口为PC104功能模块，S3C44B0X芯片与DSP运动控制芯片MCX314As之间通过PC104功能模块连接，X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、U轴伺服驱动器为步进伺服驱动器或脉冲型交流伺服驱动器。

上述DSP运动控制芯片MCX314As输出的脉冲和方向信号为包括脉冲及方向的单脉冲或包括正脉冲及负脉冲的双脉冲，所述脉冲和方向信号分别通过一个高速光耦隔离电路输入到线性驱动器AM26LS31的相应输入端，线性驱动器AM26LS31的相应输出端以差动方式分别输出到X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、U轴伺服驱动器。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明采用PC104总线架构，设计了一个开放式的基于ARM与DSP的嵌入式四轴运动控制器，以ARM代替PC机，以DSP控制板代替专用运动控制卡，构成“ARM+DSP运动控制器”的模式，将嵌入式技术与运动控制技术相结合，设计出高速高精度的嵌入式运动控制器。该控制器与传统的“PC+运动控制卡”的运动控制器相比，减小了系统的体积，降低了硬件的成本，并且提高了系统运行的实时性和稳定性，适应了机电产品对嵌入式控制系统的发展需要。