專利名稱：直線電機驅動的多軸運動機構的制作方法
技術領域：
直線電機驅動的多軸運動機構
技術領域：
本實用新型屬于直線運動機構，尤其是指控制多個直線電機驅動運動的多軸運動機構。
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)的存在首先使岡帔降低，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)的方式所能達到的最高進給速度為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1O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)通過運動控審販與各軸的伺服驅動以及反饋信號連接，隨著控制系統(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法保證，.而本實用新型中采用以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。
實用新型內(nèi)容
本實用新型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機構。
本實用新型解決上述方案的技術方案是 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/O控制器，每個I/O控制器通過CAN接口接入CM總線控制網(wǎng)絡，其中M 是實際需要的I/O控審螺的個數(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。
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,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X寸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，然后控制主豐腿過I/0控制器去判斷各電機的狀態(tài)是否滿足運勸條件；如 果滿足運動條陣則發(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 到找絕對位置附旨令；收到找纟敘寸位置附旨令后，計算并完成尋找纟樹位置，然 后電機動子運行到初始位置；最后等待控制主機傳腿動參數(shù)和指令，根據(jù)這些 信息控制電機完成運動。
本實用新型所達到的技術效果是本實用新型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C腦總線控制網(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進行統(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是本實用新型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是本實用新型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。
具體實施式
以下根據(jù)具體實施例和說明書附圖對本實用新型作詳細的論述。
如圖1所示，本實用新型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上的直線電機定子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。本實用新型在直線導軌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)以對準割M 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，本實用新型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-"具備CAN接口功能的直線電機驅動 器94，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l的自然。在本較佳實施例中，N為9個， 也即有9個直線電機動子在同一直線電機定子上運動為較佳。
N個直線電機驅動器94分別和X寸應的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控審螺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),動 旨令、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。
權利要求1、一種直線電機驅動的多軸運動機構，其特征在于包括一個直線電機定子；與直線電機定子對應安裝的直線導軌；作用于直線電機定子上的能單獨或同時直線運動的多個直線電機動子，每一個動子上安裝工作臺板，工作臺板上安裝實現(xiàn)各自功能的對應的負載，工作臺板在直線導軌上滑動；靠近直線導軌安裝有對直線電機動子的運動及初始位置進行反饋的位置反饋裝置。
2、 如權利要求l所述的直線電機驅動的多軸運動機構，其特征在于所述位 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1所述的直線電機驅動的多軸運動機構，其特征在于所述多 軸運動機構在直線導軌兩端安裝限位裝置，所述限位裝置為機械限位裝置或 光電傳感器。
4、 如權利要求l所述的直線電機驅動的多軸運動機構，其特征在于所述多 軸運動機構還包括定子安裝座，直線電機定子和直線導軌都安裝在定子安裝 座上。
5、 如權利要求l所述的直線電機驅動的多軸運動機構，其特征在于所述直 線電機動子為9個。
6、 如權利要求l所述的直線電機驅動的多軸運動機構，其特征在于所述多 軸運動機構還包括對直線電機動子的運動進行控制的直線電機驅動器、I/O控制器及控制主機，所述驅動器、1/0控制器及控制主機都具備CAN接口、 并通過CAN接口以接入CAN總線控制網(wǎng)絡，每個驅動器分別對應驅動一 個直線電機動子。
專利摘要一種直線電機驅動的多軸運動機構，包括一個直線電機定子；與直線電機定子對應安裝的直線導軌；作用于直線電機定子上的能單獨或同時直線運動的多個直線電機動子，每一個動子上安裝工作臺板，工作臺板上安裝實現(xiàn)各自功能的對應的負載，工作臺板在直線導軌上滑動；靠近直線導軌安裝有對直線電機動子的運動及初始位置進行反饋的位置反饋裝置，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。本多軸運動機構能實現(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G05B19/418GK201181921SQ20072019411
公開日2009年1月14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