机电一体化(五)-运动控制系统硬件设计

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 运动控制系统硬件设计,运动控制系统的硬件组成,伺服电机,传动系统,机械系统,驱动器,反馈传感器,主控制器,运动控制器,PC,+运动控制卡,可编程控制器,嵌入式控制器,数控专用模板,运动控制系统的硬件组成,PC+运动控制卡-,基于计算机标准总线的运动控制器,工业PC机与个人PC的区别,1）变主板为通用的底版总线插座板,2）模块化插件板，如CPU板、,I/O板、A/D、D/A板等。,3）电源改为工业电源,4）机箱密封，并采用正压送风,5）配有工业应用软件,运动控制卡,这种运动控制器大都采用dsp或微机芯片作为cpu，可完成运动规划、高速实时插补、伺服滤波控制和伺服驱动、外部i/o之间的标准化通用接口功能，同时随控制器还提供功能强大的运动控制软件库:语言运动函数库、windows dll动态链接库等，可供用户根据不同的需求，在dos或windows等平台下自行开发应用软件，组成各种控制系统。,美国DeltaTau 的PMAC,英国翠欧德Trio,美国Galil,中国固高,运动控制系统的硬件组成,PC+运动控制卡-,基于计算机标准总线的运动控制器,运动控制系统的硬件组成,PMAC 运动控制卡,PMAC（programmablemultiaxescontroller）是美国DeltaTau公司九十年代推出的开放式多轴运动控制器，它提供运动控制、离散控制、内务处理、同主机的交互等数控的基本功能。,PMAC运动控制卡采用motorola公司的高性能数字信号处理器DSP为CPU,双端口RAM与上位机通讯,（1）与不同伺服系统的连接：伺服接口有模拟式和数字式两种，能连接模拟、数字伺服驱动器，交、直流、直流无刷伺服电机伺服驱动器及步进电机驱动器。,（2）与不同检测元件的连接：测速发电机、光电编码器、光栅、旋转变压器等。,（3）PLC功能的实现：内装式软件化的PLC，使用类似basic的程序，可扩展到2048点IO。,（4）界面功能的实现：按用户的需求定制。,（5）与IPC的通讯：PMAC提供了三种通讯手段串行方式、并行方式和双口RAM方式。采用双口RAM方式可使PMAC与IPC进行高速通信，串行方式能使PMAC脱机运行。,（6）CNC系统的配置：PMAC以计算机标准插卡的形式与计算机系统共同构成CNC系统，它可以用PCXTAT，VME，STD32或者PCI总线形式与计算机相连。,运动控制系统的硬件组成,PMAC 运动控制卡,嵌入式控制器-如：基于ARM+DSP,该控制器将嵌入式CPU与专用运动控制芯片相结合，将运动控制功能以功能模块的方式嵌入到ARM主控板的架构，把不需要的设备裁减掉，既兼顾功能又节省成本。,运动控制系统的硬件组成,实例1：视觉伺服机械手捕捉运 动目标系统硬件实现,系统硬件组成：,机器人本体，伺服控制部分，视觉处理子系统、主控计算机。,系统总体结构-,硬件控制结构,开放式机器人系统,以工业PC为基础，,深圳固高科技有限公司的GT系列运动控制器，型号为GT-400-SV-ISA-G。电机选用YASKAWA的SGMAH型电机，额定转速为3000r/min，带有13bit增量型光电编码器。SGDM型伺服放大器.,型号为GT-400-SV-ISA-G。该控制器可以同步控制四个运动轴，实现多轴协调运动。提供标准的ISA总线和PCI总线，运动控制器提供C语言函数库和Windows动态连接库，实现复杂的控制功能。,深圳固高公司的GT系列运动控制器,系统总体结构-机械本体,系统总体结构,电气控制柜主电路设计:,控制回路部分接线图,主回路部分接线图,SGDM型伺服放大器可以分为电气部分、CN1接口以及CN2接口等三部分。电气部分包括伺服电机的主电路、控制电路等。控制电路包括启动/停止、急停、报警等功能。在CN1接口中，接收由主控制计算机中的GT运动控制卡发出的控制电机速度的电压信号，同时，接受传感器的限位信号、发送报警、准备好等I/O信号。CN2接口负责接收光电编码器的串行反馈信号，并经转化后通过CN1接口发送给GT运动控制卡。,速度控制模式下CN1口外围典型接线,光电编码器等位置检测反馈部分的总接线图如下图所示：,输入端口,内部电路原理图如下图所示：,V-REF端口,内部电路原理图如下图所示：,集电极开路型输出端：,光电耦合器型输出端：,基于多智能体的运动规划,总体设计,感知：,由视觉智能体承担，包括视觉跟踪和目标运动参数识别。,推理：,由机械手智能体承担，包括明确打击运动目标的任务和运动规划。,