專利名稱：直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)的制作方法
直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)
駄領域
本發(fā)明屬于直線運動驅動系統(tǒng)，尤其是指控制多個直線電機驅動運動的多軸 運動系統(tǒng)。
背景技術：
在工業(yè)生產(chǎn)設備中有很多需要直線運動的場合，如數(shù)控磨床、沖床、激光切 割、晶圓制造等，為了提高生產(chǎn)效率以及設備性能，對直線運動的速度、加減速
度、以及精度上都有了更高的要求，如速度要提高到40-50m/min以上，加減速也 要求提高到25-50m/s2，傳統(tǒng)的"旋轉電機+滾軸絲杠"形式顯然是不行的，這是 由它自身的弱點決定的，因為中間傳動環(huán)節(jié)的存在首先使剛度降低，彈性變形可 使系統(tǒng)的階次變高，從而系統(tǒng)的魯棒性降低，伺服性能下降，使得這種傳統(tǒng)的方 式所肯跶到的最高進纟爐度為30m/min，加速度僅3m/s2。而直線電機直接驅動所 具有的優(yōu)點則恰洽可以彌補傳統(tǒng)傳動方式的不足，其速度是滾軸絲桿副的30倍: 加速度是滾軸絲桿副的10倍，最大可達10g，剛度提高了7倍；另外，直線電機 直接驅動工作臺，所以無反向工作死區(qū)；由于電樞慣量小，所以由其構成的直線 伺服系統(tǒng)可以達到較高的頻率響應。
在多軸運動系統(tǒng)中傳統(tǒng)的控制方法采用集中式的體系結構，中央處理系統(tǒng)通 過運動控制板與各軸的伺服驅動以及反饋信號連接，隨著控審係統(tǒng)復雜性的增加， 這種體系結構的缺點也暴露出來，如配線過多，對系統(tǒng)的安裝、調試以及維修比 較困難，另外當系統(tǒng)控制節(jié)點數(shù)增加時，需要進行處理的信號也會不斷增加，如 果處理信息和控制信號均由中央處理系統(tǒng)來完成，那么系統(tǒng)的性能以及可靠性都無齒呆證，而本發(fā)明中采用以CAN總線網(wǎng)絡為基礎的現(xiàn)場總線控制方式則很好地 解決了以上的問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明所欲解決的技術問題是提供一種適用于工業(yè)等生產(chǎn)設備中需要高性 能、多軸且各軸運動方式相對靈活的由直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是 一種直線電機驅動的多軸運 動系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括，
一個直線電機定子；
作用于直線電機定子上的能單獨或同時運動的N個直線電機動子，其中N是 實際需要的直線運動軸數(shù)，并為不小于l的自然數(shù)； CAN總線控制網(wǎng)絡；
N個具備CAN接口、并通過CAN接口以接入CAN總線控制網(wǎng)絡的直線電機驅 動器，每個驅動器分別對應驅動一個直線電機動子，其中N是實際需要的直線運 動軸數(shù)，并為不小于l的自然數(shù)；
M個檢測直線電機動子當前工作狀態(tài)并配合直線電機動子運動的配有CAN接 口的I/0控制器，每個I/0控制器通過CAN接口接人CAN總線控制網(wǎng)絡，其中M 是實際需要的I/O控制器的個數(shù)，為不小于1的自然；
一個帶CAN接口的控制主機，控制主機管理、控制能接入CAN總線控制網(wǎng)絡 中的所有驅動器和I/O控制器。
該系統(tǒng)還包括位置反饋裝置，該位置反饋裝置包括帶距離編碼的、安裝在所 述直線電機定子上的一條光柵尺和分別安裝在直線電機動子上的、均自所述光柵 尺上讀取位置信號的讀數(shù)頭。
5所述控制主機的控制流程為將控制主機上電、復位完成后；檢查總線資源 是否正確，并進行判斷；判斷為是，即X寸各變量以及各軸的運動軌皿行初始化;
然后使能總線同步中斷；再使能各電機動子初始化相位，并對換相是否成功進行 判斷；換相成功，使能各工作的電機動子找絕對位置，并對是否找到絕對位置進 行判斷；找到絕對位置，發(fā)送信息給各驅動器，使能各工作電機動子運行至徹始 位置，然后控制主+腿過I/O控制器去判斷各電機的狀態(tài)是否滿足運動劍牛；如 果滿足運動斜牛則發(fā)送運動參數(shù)和指令，并判斷電機動子是否正確完成運動；電 機動子正確完成運動后，通過I/O控制器發(fā)送其他的輔助動作命令及發(fā)送接下來 的運動參數(shù)和指令。
所述驅動器的控制流程為驅動器上電、復位后，就檢淑慟力電源是否正確或符 合要求；如果動力電源正常，則等待主機發(fā)來的換相信號，并判斷是否收到換相 指令；收到換相信號后，則進行電機初始化相位的換相動作；接下來等待是否收 到找絕對位置的指令；收到找絕對位置的指令后，計算并完成尋找纟M位置，然 后電機動子運行到初始位置；最后等待控制主機傳敬動參數(shù)和指令，根據(jù)這些 信息控制電機完成運動。
本發(fā)明所達到的技術效果是本發(fā)明采用多個直線電機動子在一個直線電機 定子上同時或單獨運動驅動，為一種基于直線電機和CAN總線控制網(wǎng)絡的多軸運 動控制系統(tǒng)，且靈活活動，適合于多軸直線運動并謝f統(tǒng)一控制、管理的場合， 且傳統(tǒng)的"旋轉電機+滾軸絲杠"方式因為其機械結構的原因更是無法實現(xiàn)統(tǒng)一控 制、管理。
圖1是本發(fā)明直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)的電機安裝示意圖。
圖2是圖1中B處的局部放大圖。
圖3是本發(fā)明直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)的安裝結構的側視示意圖。
圖4為基于直線電機和CAN總線控制網(wǎng)絡的多軸運動系統(tǒng)的模塊連接示意圖。
圖5為運行于控制主機的控制流程圖。
圖6為運行于驅動器上的控制流程圖。
具體實歸式
以下根據(jù)具體實施例和說明書附圖對本發(fā)明作詳細的論述。
如圖1所示，本發(fā)明直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)，其B處的局部放大圖如 圖2所示，其安裝結構的側視示意圖如圖3所示，包括支撐架10、支撐架10上 設置的定子安裝座20、安裝在定子安裝座20上的直線電秒淀子30，以及安裝在 直線電機定子30上的多個(N個)直線電機動子40。定子安裝座20上靠近直線 電機定子30處設有直線導軌50，直線導軌50可供由直線電機動子40驅動的工 作臺板60在其上滑動，工作臺板60可根據(jù)應用情況而安裝不同的負載，如各種 工作功能的機械手等。本發(fā)明在直線導軌50上安裝一帶距離編碼的光柵尺70， 對應光柵尺70分別在多個直線電機動子40上安裝讀數(shù)頭80，在每一直線電機動 子40的運動過程中，對應的讀數(shù)頭80讀取光柵尺70上的數(shù)據(jù)以對準零位及反饋 直線電機動子40的運動位置。光柵尺70也可以采用具有類似功能的裝置，如磁 柵等。在直線導軌50的兩端安裝有機械限位裝置90、光電傳感器92，當直線電 機動子40運動至直線導軌50兩端時同時進行機械限位和電氣限位。
如圖4所示，本發(fā)明直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)基于直線電機和CAN總線 控制網(wǎng)絡的各?！姥脒B接示意圖。包括一個直線電機定子30上安裝N個直線電機動 子40、每一直線電機動子40對應連接一具備CAN接口功能的直線電機驅動器94，
7以及M個具備CAN接口功能的I/0控制器96、 CAN總線控制網(wǎng)絡98、和控制主機 100，其中N是實際需要的直線運動軸數(shù)，并為不小于l的自然數(shù)，M是實際需要 的I/O控制器的個數(shù)，為不小于1的自然。
N個直線電機驅動器94分別和對應的N個直線電機動子40相連接，并且該 驅動器94通過CAN接口以接入CAN總線控制網(wǎng)絡98，以接收來自控制主機100 的命令以及返回相關數(shù)據(jù)。
M個I/O控制器96分別配合N個直線電機動子40工作，并通過CAN總線控 制網(wǎng)絡98檢測當前直線電機動子40的工作狀態(tài)反饋給控制主機100，以及輸出 控制主機100給出的動作信號，且每個I/O控制器96通過CAN接口以接入CAN 總線控制網(wǎng)絡98。
運行于控制主機100的軟件用于控制N個直線電機的啟動、換相、找零使能、 發(fā)^g動指令、讀取和發(fā)送I/0信號、協(xié)調總線同步等工作；運行于各個驅動器 94的軟件用于各個直線電機動子40的運動控制、找零、接收主機指令、'返回主 機要求數(shù)據(jù)等工作。
其中所述光柵尺70或其它類似功能的設備構成位置反饋裝置，所有直線電機 動子40的位置反饋信號均由該裝置給出，以及由該裝置實現(xiàn)所有直線電機動子 40在任意位置快速找到絕對位置。
如圖5和圖6分別為控制主機100的軟件的流程和驅動器94的軟件流程，如 圖5所示，控制主機100的軟件流程具體為首先，將控制主機100上電、復位 完成后；就開始檢查總線資源是否正確，即檢測CAN總線網(wǎng)絡上的驅動器94以及 I/O控制器96是否設定的一致；如果不一致，則進行報警、分類處理；如果一致， 則對各變量以及各軸的運動軌跡進行初始化；然后使能總線同步中斷，即每20 毫秒進行一次總線同歩操作；再使能各電機動子初始化相位，發(fā)送換相使能信息 給總線上的驅動器，控制主機100等待接收各驅動器94換相完成后的返回信息，并對該信息進行判斷；如果不正確進行報警、分類處理；反之則使能工作的電機 動子找纟M位置，發(fā)送找零使能信息給各驅動器，控制主機100等待接收各驅動 器94找零動作完成后的返回信號；并對該信號進行判斷，如果不正確進行報警、 分類處理；反之則發(fā)送信息給各驅動器94，讓工作電機動子40運動到運動軌跡 規(guī)劃的初始位置，然后控制主機100通過I/O控制器96去判斷各電機的狀態(tài)；如
果滿足運動條件則發(fā);^動參數(shù)和指令;然后再判斷電機動子是否正確完成運動，
等待電機動子運動結束后，再通過I/O控制器96發(fā)送其他的輔助動作命令，之后 通過I/0控制器96去判斷各電機動子狀態(tài)然后再一次發(fā)送接下來的運動參數(shù)和指 令。
如圖6所示，驅動器94的軟件流程具體為驅動器94上電、復位后，就檢測 動力電源是否正確或符合要求；如果不正常，則重新上電、復位；如果正常，則 等待主機發(fā)來的換相信號；接下來判斷是否收到換相指令，如果未收到換相信息， 則繼續(xù)等待；如果收到換相信號后，則進行電機初始化相位的換相動作，完成后 返回給控制主機100 -—個信號；然后等待是否收到找絕對位置的指令，如果未找 到，則繼續(xù)電機初始化相位；如果收到后，貝附算絕對位置，并完成尋找絕對位 置的動作，接著返回給主機一個動作完成信號，然后再根據(jù)控制主機100命令將 電機動子運行到初始位置；最后等待控制主機100傳軀動參數(shù)和指令，根據(jù)這 些信息控制電機完成運動。
權利要求
1、一種直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括，一個直線電機定子；作用于直線電機定子上的能單獨或同時運動的N個直線電機動子，其中N是實際需要的直線運動軸數(shù)，并為不小于1的自然數(shù)；CAN總線控制網(wǎng)絡；N個具備CAN接口、并通過CAN接口以接入CAN總線控制網(wǎng)絡的直線電機驅動器，每個驅動器分別對應驅動一個直線電機動子，其中N是實際需要的直線運動軸數(shù)，并為不小于1的自然數(shù)；M個檢測直線電機動子當前工作狀態(tài)并配合直線電機動子運動的配有CAN接口的I/O控制器，每個I/O控制器通過CAN接口接入CAN總線控制網(wǎng)絡，其中M是實際需要的I/O控制器的個數(shù)，為不小于1的自然；一個帶CAN接口的控制主機，控制主機管理、控制能接入CAN總線控制網(wǎng)絡中的所有驅動器和I/O控制器。
2、 如權利要求l所述直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還 包括位置反饋裝置，該位置反饋裝置包括帶距離編碼的、安裝在所述直線電 機定子上的一條光柵尺和分別安裝在直線電機動子上的、均自所述光柵尺上 讀取位置信號的讀數(shù)頭。'
3、 如權利要求l所述直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)，其特征在于所述控制 主機的控制流程為將控制主機上電、復位完成后；檢查總線資源是否正確， 并進行判斷；判斷為是，即對各變量以及各軸的運動軌跡進行初始化；然后使能總線同步中斷；再使能各電機動子初始化相位，并對換相是否成功進行判斷；換相成功，使能各工作的電機動子找絕對位置，并對是否找到絕對位 置進行判斷；找到絕對位置，發(fā)送信息給各驅動器，使能各工作電機動子運 行到初始位置，然后控制主機通過I/O控制器去判斷各電機的狀態(tài)是否滿足 運動條件；如果滿足運動條件則發(fā)送運動參數(shù)和指令，并判斷電機動子是否 正確完成運動；電機動子正確完成運動后，通過I/0控制器發(fā)送其他的輔助 動作命令及發(fā)送接下來的運動參數(shù)和指令。
4、如權利要求1所述直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)，其特征在于所述驅 動器的控制流程為驅動器上電、復位后，就檢測動力電源是否正確或符合 要求；如果動力電源正常，則等待主機發(fā)來的換相信號，并判斷是否收到換 相指令；收到換相信號后，則進行電機初始化相位的換相動作；接下來等待 是否收到找絕對位置的指令；收到找絕對位置的指令后，計算并完成尋找絕 對位置，然后電機動子運行到初始位置；最后等待控制主機傳送運動參數(shù)和 指令，根據(jù)這些信息控制電機完成運動。
全文摘要
一種直線電機驅動的多軸運動系統(tǒng)，包括一個直線電機定子；作用于直線電機定子上的能單獨或同時運動的N個直線電機動子；CAN總線控制網(wǎng)絡；N個具備CAN接口、并通過CAN接口以接入CAN總線控制網(wǎng)絡的直線電機驅動器，每個驅動器分別對應驅動一個直線電機動子；M個檢測直線電機動子當前工作狀態(tài)并配合直線電機動子運動的配有CAN接口的I/O控制器，每個I/O控制器通過CAN接口接入CAN總線控制網(wǎng)絡；一個帶CAN接口的控制主機，控制主機管理、控制能接入CAN總線控制網(wǎng)絡中的所有驅動器和I/O控制器。本系統(tǒng)能實現(xiàn)高性能、多軸且各軸運動方式相對靈活的直線多維運動。
文檔編號G05D3/12GK101424940SQ20071016960
公開日2009年5月6日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權日2007年11月2日
發(fā)明者付曉輝, 靖 劉, 廖有用, 王光能, 王聰省, 高云峰 申請人:深圳市大族精密機電有限公司