一种模块化多轴伺服控制器

技术领域

本发明涉及伺服控制器技术领域，具体为一种模块化多轴伺服控制器。

背景技术

现有多轴伺服控制器方案大都是一个控制模块控制多个驱动模块，控制模块在一个控制板上，驱动模块在一个功率板上，驱动模块数量和轴数一一对应，但是控制模块数量和轴数不是一一对应。

目前的方案模块化程度不足，由于客户设备需求的轴数有多种可能，随着轴数的变化，控制板将出现很多种规格，功率板也将出现很多种规格，这给产品的管理带来困难，也不利于产品复用降低成本，为此我们提出一种模块化多轴伺服控制器。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种模块化多轴伺服控制器，提高产品的模块化程度，不仅降低了成本，还能适应各个轴数的多轴产品设计，方便了产品管理，提高了多轴伺服产品的易生产性，同时节省了产品的占有空间，提高了产品的易用性等优点，解决了目前的方案模块化程度不足，由于客户设备需求的轴数有多种可能，随着轴数的变化，控制板将出现很多种规格，功率板也将出现很多种规格，这给产品的管理带来困难，也不利于产品复用降低成本的问题。

为实现上述提高产品的模块化程度，不仅降低了成本，还能适应各个轴数的多轴产品设计，方便了产品管理，提高了多轴伺服产品的易生产性，同时节省了产品的占有空间，提高了产品的易用性的目的，本发明提供如下技术方案：一种模块化多轴伺服控制器，包括多轴接口板、一级散热结构、二级散热结构、控制板和功率板，所述多轴接口板包括有轴1至轴N、上位接头、IO接头、AI接头、馈能接头、馈能驱动模块和电源接头，所述轴1至轴N分别包括有上位驱动模块、编码器驱动模块、编码器接头、IO驱动模块、AI驱动模块、功率接头和电机接头；

若干组所述控制板分别包括有主控模块、电源模块和功率接头，所述控制板用于上位主控输入、编码器输入、模拟量信号和数字量信号的处理、实现伺服电机的控制和驱动，若干组所述功率板分别包括有模拟传感模块、硬件保护模块、电机驱动模块、功率模块和功率接头，所述多轴接口板分别与若干组控制板实现信号和结构连接，若干组所述控制板分别与一个功率板实现信号和结构连接，若干组所述功率板与一级散热机构实现结构和热的连接；

所述多轴接口板通过外部线缆连接分别连接有轴1至轴N编码器、轴1至轴N电机、电源、IO信号、AI信号和馈能电阻，所述电源用于电能量的输入，所述轴1电机至轴N电机用于电能量和机械能的转换，所述轴1编码器至轴N编码器用于电机位置信号的回馈，所述IO信号用于数字量信号的输入和输出，所述AI信号用于模拟量信号的输入和输出，所述伺服控制器通过外部线缆或者无线连接有上位主控，所述上位主控用于运动的命令给定。

优选的，所述馈能电阻与馈能接头相连接，且所述馈能电阻进行放电处理，所述电源与电源接头相连接，且所述电源接头与功率接头相连接，所述功率接头与电机接头相连接。

优选的，所述上位接头和上位驱动模块用于上位命令和通信的连接和驱动，所述编码器接头和编码器驱动模块用于编码器的连接和驱动，所述IO接头和IO驱动模块用于数字量信号的连接和驱动，所述AI接头和AI驱动模块用于模拟量信号的连接和驱动，所述电源接头用于电源的输入，所述电机接头用于电机驱动的输出，所述功率接头用于板与板之间电源和电机驱动的连接。

优选的，所述馈能接头和馈能模块用于母线电压过高时馈能能量的输出。

优选的，所述电源模块用于电源的转换，提供系统控制和驱动的供电，所述控制模块用于进行信号的处理，实现电机控制运算，所述功率接头用于板与板之间电源和电机驱动的连接。

优选的，所述电机驱动模块用于根据电机控制命令，驱动功率模块实现能量转化，所述功率模块用于通过电源输入，根据驱动模块的驱动信号，实现能量的转换，所述模拟传感模块用于检测模拟信号，输出给控制模块，所述硬件保护模块根据模拟传感模块的信号进行硬件保护动作，所述功率接头用于板与板之间电源和电机驱动的连接。

优选的，所述散热机构用于功率模块的散热。

优选的，所述多轴伺服控制器采用为一级散热机构或二级散热结构。

与现有技术相比，本发明提供了一种模块化多轴伺服控制器，具备以下有益效果：

该模块化多轴伺服控制器，通过实现了一种模块化多轴伺服控制器，控制板和功率板高度模块化，完全复用通用伺服控制器的控制板和功率板，接口板和散热结构随着轴数变化灵活组合设计，该方案通过最大程度的复用，大大提高了产品的模块化程度，不仅降低了成本，还能适应各个轴数的多轴产品设计，方便了产品管理，提高了多轴伺服产品的易生产性，同时节省了产品的占有空间，提高了产品的易用性。

附图说明

图1为本发明系统结构框图一；

图2为本发明系统结构框图二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，一种模块化多轴伺服控制器，包括多轴接口板、一级散热结构、二级散热结构、控制板和功率板，多轴接口板包括有轴1至轴N、上位接头、IO接头、AI接头、馈能接头、馈能驱动模块和电源接头，轴1至轴N分别包括有上位驱动模块、编码器驱动模块、编码器接头、IO驱动模块、AI驱动模块、功率接头和电机接头；

若干组控制板分别包括有主控模块、电源模块和功率接头，控制板用于上位主控输入、编码器输入、模拟量信号和数字量信号的处理、实现伺服电机的控制和驱动，若干组功率板分别包括有模拟传感模块、硬件保护模块、电机驱动模块、功率模块和功率接头，多轴接口板分别与若干组控制板实现信号和结构连接，若干组所述控制板分别与一个功率板实现信号和结构连接，若干组所述功率板与一级散热机构实现结构和热的连接；

多轴接口板通过外部线缆连接分别连接有轴1至轴N编码器、轴1至轴N电机、电源、IO信号、AI信号和馈能电阻，电源用于电能量的输入，轴1电机至轴N电机用于电能量和机械能的转换，轴1编码器至轴N编码器用于电机位置信号的回馈，IO信号用于数字量信号的输入和输出，AI信号用于模拟量信号的输入和输出，伺服控制器通过外部线缆或者无线连接有上位主控，上位主控用于运动的命令给定。

该模块化多轴伺服控制器，提高了产品的模块化程度，不仅降低了成本，还能适应各个轴数的多轴产品设计，方便了产品管理，提高了多轴伺服产品的易生产性，同时节省了产品的占有空间，提高了产品的易用性，从而也实现了控制器的集成度高，保证其高度集成。

馈能电阻与馈能接头相连接，且馈能电阻进行放电处理，电源与电源接头相连接，且电源接头与功率接头相连接，功率接头与电机接头相连接；上位接头和上位驱动模块用于上位命令和通信的连接和驱动，编码器接头和编码器驱动模块用于编码器的连接和驱动，IO接头和IO驱动模块用于数字量信号的连接和驱动，AI接头和AI驱动模块用于模拟量信号的连接和驱动，电源接头用于电源的输入，电机接头用于电机驱动的输出，功率接头用于板与板之间电源和电机驱动的连接；馈能接头和馈能模块用于母线电压过高时馈能能量的输出；电源模块用于电源的转换，提供系统控制和驱动的供电，控制模块用于进行信号的处理，实现电机控制运算，功率接头用于板与板之间电源和电机驱动的连接；电机驱动模块用于根据电机控制命令，驱动功率模块实现能量转化，功率模块用于通过电源输入，根据驱动模块的驱动信号，实现能量的转换，模拟传感模块用于检测模拟信号，输出给控制模块，硬件保护模块根据模拟传感模块的信号进行硬件保护动作，功率接头用于板与板之间电源和电机驱动的连接；散热机构用于功率模块的散热；多轴伺服控制器采用为一级散热机构或二级散热结构。

多轴接口板包括：上位接头和上位驱动模块，实现上位命令和通信的连接和驱动，上位命令包括不限于EtherCAT、CANopen、Modbus、脉冲、模拟量等。编码器接头和编码器驱动模块，实现编码器的连接和驱动，编码器包括不限于增量式、绝对值、数字霍尔、模拟霍尔、旋转变压器等。IO接头和IO驱动模块，实现数字量信号的连接和驱动，IO信号形式包括不限于+5V到+24VTTL、OpenD等。AI接头和AI驱动模块，实现模拟量信号的连接和驱动，AI信号形式包括不限于+1V到+12V模拟量信号等。功率接头，实现电源的输入和电机驱动的输出，功率接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等。馈能接头和馈能模块，实现馈能能量的输出，馈能的形式包括不限于电阻馈能，馈能接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等。

其中，上位接头、IO接头、AI接头、电源接头、馈能接头和馈能模块，多轴伺服控制器多轴各共用一个接头；上位驱动模块、IO驱动模块、AI驱动模块、编码器接头、编码器驱动和功率接头，多轴伺服控制器每轴各用一个；

控制板包括：电源模块，实现电源的转换，提供系统控制和驱动的供电，电源实现形式包括不限于buck、boost、反激等电力电子拓扑。控制模块，进行信号的处理，实现电机控制运算，输出电机的控制命令，并提供系统的软件保护。处理的信号包括不限于模拟传感信号、数字信号、模拟量信号、通信信号等形式。输出命令包括不限于脉冲信号、通信信号、模拟量信号等形式。软件保护内容包括不限于短路保护、过载保护、过压保护、过温保护、超速保护等。功率接头，实现电源的输入和电机驱动的输出，功率接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等。

功率板包括：电机驱动模块,根据电机控制命令，驱动功率模块实现能量转化，驱动模块实现形式包括不限于非隔离电路、隔离电路等。功率模块，通过电源输入，根据驱动模块的驱动信号，实现能量的转换，实现的形式包括不限于MOSFET、IGBT、Sic、GaN、IPM等。模拟传感模块，检测模拟信号，输出给控制模块，检测的信号包括不限于相电流、母线电流、温度、电压等，检测的方式包括不限于霍尔传感、电阻传感等。硬件保护模块，根据模拟传感模块的信号进行硬件保护动作，保护内容包括不限于短路保护、过载保护、过压保护、过温保护等。功率接头，实现电源的输入和电机驱动的输出，功率接头的实现形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排等。

其中，控制板和功率板，完全共用标准产品的模块。散热机构，实现功率模块的散热，实现形式包括不限于铝片散热、铜皮散热、银粉烧结散热、水冷散热等。多轴伺服控制器可以共用一级散热机构也可共用二级散热结构。接口板和控制板进行物理连接实现信号传递和结构固定，物理连接形式包括不限于连接器、排针、端子、螺丝、铜柱等。

控制板和功率板进行物理连接实现信号传递和结构固定，物理连接形式包括不限于连接器、排针、端子、螺丝、铜柱等。功率板和散热结构进行物理连接实现热量传递和结构固定，物理连接形式包括不限于功率板上功率模块通过散热材料连接散热结构；功率板通过散热过孔连接散热材料，再连接到散热结构；功率板通过浸入导热材料连接到散热结构等。接口板、控制板、功率板的功率接头进行物理连接实现能量传输，包括不限于三个板子之间连接，任意若干组板子之间连接，连接的形式包括不限于连接器、排针、端子、铜排、铜柱、银针等。

综上，该方案通过最大程度的复用，大大提高了产品的模块化程度，不仅降低了成本，还能适应各个轴数的多轴产品设计，方便了产品管理，提高了多轴伺服产品的易生产性，同时节省了产品的占有空间，提高了产品的易用性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。