[发明专利]一种多轴运动控制器

摘要

本发明设计了一种多轴运动控制器，解决了现有运动控制器控制周期长、工作效率低的问题。它包括主控模块、电源管理模块、通信模块、存储器模块；所述电源管理模块、通信模块和存储器模块均与主控模块相连。主控模块以数字处理芯片为核心，完成机器人运动控制中的轨迹插补和位置闭环控制；电源管理模块为整个系统提供工作电压，设计上电时序可控的管理电路；通信模块由两部分组成，CAN总线接收用户所设参数和控制指令；SPI总线控制多个伺服驱动器，设计差分传输电路及电阻网络以提高SPI总线通信的稳定性；存储器模块扩展存储容量，满足工作过程中大数据量的吞吐。上述多轴控制器对多个伺服驱动控制时，控制周期短、响应速度快、重复定位精度高。

主权项

1.一种多轴运动控制器，其特征在于，包括主控模块、电源管理模块、通信模块、存储器模块；所述电源管理模块、通信模块和存储器模块均与主控模块相连；所述主控模块包括数字处理芯片U4、时钟电路、JTAG电路；时钟电路和JTAG电路通过I/O端口与数字处理芯片U4相连；所述通信模块包括第一差分输出驱动芯片U6、第二差分输出驱动芯片U7、第三差分输出驱动芯片U8、差分输入驱动芯片U9、CAN总线电平转换芯片U10、插座P2、插座P3、插座P4、电阻匹配网络R15‑R17、电阻R18‑R19、非极性电容C18；第一差分输出驱动芯片U6的正使能端和电源端均与+5V电压相连，第一差分输出驱动芯片U6的负使能端和接地端均与GND相连，第一差分输出驱动芯片U6的第一输入端口与数字处理芯片U4的串行外设接口主发从收端相连，第一差分输出驱动芯片U6的第一同相输出端与插座P2的第六端口相连，第一差分输出驱动芯片U6的第一反相输出端与插座P2的第五端口相连，第一差分输出驱动芯片U6的第二输入端口与数字处理芯片U4的串行外设接口时钟端口相连，第一差分输出驱动芯片U6的第二同相输出端与插座P2的第三端口相连，第一差分输出驱动芯片U6的第二反相输出端与插座P2的第四端口相连，第一差分输出驱动芯片U6的第三输入端口与数字处理芯片U4的串行外设接口片选信号相连，第一差分输出驱动芯片U6的第三同相输出端与插座P2的第一端口相连，第一差分输出驱动芯片U6的第三反相输出端与插座P2的第二端口相连；第二差分输出驱动芯片U7的正使能端和电源端均与+5V电压相连，第二差分输出驱动芯片U7的负使能端和接地端均与GND相连，第二差分输出驱动芯片U7的第一输入端口与数字处理芯片U4的I/O端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第一同相输出端与插座P3的第九端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第一反相输出端与插座P3的第十端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第二输入端口与数字处理芯片U4的I/O端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第二同相输出端与插座P3的第七端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第二反相输出端与插座P3的第八端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第三输入端口与数字处理芯片U4的I/O端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第三同相输出端与插座P3的第三端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第三反相输出端与插座P3的第四端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第四输入端口与数字处理芯片U4的I/O端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第四同相输出端与插座P3的第五端口相连，第二差分输出驱动芯片U7的第四反相输出端与插座P3的第六端口相连；第三差分输出驱动芯片U8的正使能端和电源端均与+5V电压相连，第三差分输出驱动芯片U8的负使能端和接地端均与GND相连，第三差分输出驱动芯片U8的第一输入端口与数字处理芯片U4的I/O端口相连，第三差分输出驱动芯片U8的第一同相输出端与插座P3的第一端口相连，第三差分输出驱动芯片U8的第一反相输出端与插座P3的第二端口相连；差分输入驱动芯片U9的正使能端和电源端均与+5V电压相连，差分输入驱动芯片U9的负使能端和接地端均与GND相连，差分输入驱动芯片U9的第一同相输入端口和电阻匹配网络中R17的一端均与电阻匹配网络中R16的一端相连，差分输入驱动芯片U9的第一反相输入端口和电阻匹配网络中R17的另一端均与电阻匹配网络中R15的一端相连，差分输入驱动芯片U9的第一输出端口与数字处理芯片U4的串行外设接口主收从发端相连，电阻匹配网络中R15的另一端与插座P2的第七端口相连，电阻匹配网络中R16的另一端与插座P2的第八端口相连；CAN总线电平转换芯片U10的发送端与数字处理芯片U4的CAN总线接收端相连，CAN总线电平转换芯片U10的接收端与数字处理芯片U4的CAN总线发送端相连，CAN总线电平转换芯片U10的电源端和非极性电容C18的一端均与+3.3V电压相连，CAN总线电平转换芯片U10的接地端，电阻R18的一端以及非极性电容C18的另一端均与GND相连，CAN总线电平转换芯片U10的使能端与电阻R18的另一端相连，CAN总线电平转换芯片U10的CAN总线高电平端和电阻R19的一端相连后与插座P4的第一端口相连，CAN总线电平转换芯片U10的CAN总线低电平端和电阻R19的另一端相连后与插座P4的第二端口相连；所述电源管理模块包括第一电压转换芯片U1、第二电压转换芯片U2、复位芯片U3、开关S1、插座P1、电阻R1‑R5、极性电容C1、极性电容C6、极性电容C11、非极性电容C2‑C5、非极性电容C7‑C10、非极性电容C12‑C15、发光二极管D1‑D2、按键SW；第一电压转换芯片U1的接地端口均与GND相连，电阻R3的一端和第一电压转换芯片U1的电压输入端口均与+5V电压相连，电阻R3的另一端与第一电压转换芯片U1的使能端口相连，第一电压转换芯片U1的使能端口与第二电压转换芯片U2的反馈端口相连，第一电压转换芯片U1的电压输出端口输出+1.9V电压；第二电压转换芯片的使能端口和接地端口均与GND相连，第二电压转换芯片的输入端口与+5V电压相连，第二电压转换芯片的输出端口输出+3.3V电压；电阻R1的一端与+3.3V端相连，电阻R1的另一端与发光二极管D1的一端相连，发光二极管D1的另一端与GND相连；电阻R2的一端与+5V相连，电阻R2的另一端与发光二极管D2的一端相连，发光二极管D2的另一端与GND相连；开关S1的第一端口与插座P1的第一端口相连，开关S1的第二端口与+5V端相连，插座P1的第二端口与GND相连；复位芯片U3的复位端口与数字处理芯片U4的复位端相连，复位芯片U3的手动复位输入端口与按键SW的常闭端相连，按键SW的常开端与GND相连，复位芯片U3的接地端口与GND相连，复位芯片U3的电源端口与+3.3V电压相连；极性电容C1的正极、非极性电容C2的一端、非极性电容C3的一端、非极性电容C4的一端和非极性电容C5的一端均与第一电压转换芯片U1输出的+1.9V端相连，极性电容C1的负极、非极性电容C2的另一端、非极性电容C3的另一端、非极性电容C4的另一端和非极性电容C5的另一端均与GND相连；极性电容C6的正极、非极性电容C7的一端、非极性电容C8的一端、非极性电容C9的一端和非极性电容C10的一端均与第二电压转换芯片U2输出的+3.3V端相连，极性电容C6的负极、非极性电容C7的另一端、非极性电容C8的另一端、非极性电容C9的另一端和非极性电容C10的另一端均与GND相连；极性电容C11的正极、非极性电容C12的一端、非极性电容C13的一端、非极性电容C14的一端和非极性电容C15的一端均与外部输入的+5V端相连，极性电容C11的负极、非极性电容C12的另一端、非极性电容C13的另一端、非极性电容C14的另一端和非极性电容C15的另一端均与GND相连。