一种高精度多轴运动控制系统及控制方法与流程

[0001]
本发明涉及运动控制技术领域，特别涉及一种高精度多轴运动控制系统及控制方法。


背景技术：

[0002]
随着机器制造业的产业升级，大量以运动控制技术为核心的机器设备在各个行业的应用飞速发展，例如数控机床、工业机器人、胶印设备、绕线机、玻璃加工机械和包装机械等。
[0003]
高速、高精度始终是运动控制技术追求的目标。运动控制技术能够快速发展主要得益于计算机、高速数字处理器(dsp)、自动控制技术等的发展。为了满足不同加工领域的要求，我国的数控技术有了的不小的进步，但对于大型的，高精密、高速数控装备和数控系统仍需要进口，大大制约了我国装备制造业和加工能力的提升。
[0004]
当前，基于pc和运动控制器的开放式数控系统得到了很大发展，其研究核心在于运动控制器的关键技术，因为数控机床的高速、高精和高可靠性等指标主要取决于运动控制器的性能。数字信号处理器(dsp)的发展，使运动控制过程的运算能力有了很大程度的提高，利用dsp开发的运动控制器性能越来越稳定，功能也日趋强大。dsp强大的运算能力使运动控制过程中复杂的控制算法能够得到很好的支持，使运动控制系统能更有效进行运动规划、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算，使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳。因此，缺少一种能够在多轴运动中高精度运动的系统。


技术实现要素：

[0005]
本发明提供一种高精度多轴运动控制系统，用以实现在多轴运动系统中的运动精度进行提高的目的。
[0006]
本发明提供一种高精度多轴运动控制系统，包括：主框架、第一运动机构和第二运动机构,
[0007]
所述第一运动机构和所述第二运动机构分别设在所述主框架上,且所述第一运动机构和所述第二运动机构均设有图像采集单元和距离采集单元；
[0008]
所述第一运动机构和所述第二运动机构分别通过所述图像采集单元和距离采集单元将工件沿着第一运动轨迹和第二运动轨迹进行往复运动。
[0009]
优选地，所述主框架为方管焊接而成的架体，所述主框架上设有第一面板，所述第一面板的下表面间隔设有第一运动机构和配电箱，所述配电箱电性连接所述第一运动机构和第二运动机构；
[0010]
所述配电箱通过第一架体固定在所述主框架的内底部；所述第一面板的下表面设有支撑杆，所述支撑杆位于所述第一运动机构和所述配电箱之间；
[0011]
所述配电箱内还设有控制器，所述控制器分别电连接第一运动机构；
[0012]
所述支撑杆通过角板连接所述主框架。
[0013]
优选地，所述主框架的内底面间隔设有多个第二架体，所述第二架体用于架设所述第一运动机构；
[0014]
所述第一运动机构包括：第三面板、转轴和托盘，所述第三面板通过多个加强板架设在所述第二架体靠近第一面板的一面，所述第一面板和所述第三面板上均设有贯穿孔；
[0015]
所述第一面板的贯穿孔用于所述托盘穿过并往复运动；所述托盘的下表面通过转轴连接电机的转动端，所述电机贯穿所述第三面板的贯穿孔，所述电机远离转动端的一端固定在所述第三面板上。
[0016]
优选地，所述主框架的侧壁间隔设有多个第一滑轨，所述第一滑轨上滑动设置有多个固定块，所述固定块的下表面连接有第一连杆；
[0017]
所述第一连杆贯穿所述第一滑轨的滑槽，并朝向所述第一面板的一面延伸设置；
[0018]
两个所述第一连杆分别连接连接板的两端，且所述连接板的中心贯穿连接有螺杆，所述螺杆靠近所述第一滑轨的一端螺纹连接固定块，所述螺杆的端部连接摇轮，所述摇轮用于所述螺杆在所述固定块上转动连接；
[0019]
所述螺杆的另一端转动连接卡块，所述卡块固定在所述第一面板的上表面。
[0020]
优选地，所述连接板的上表面间隔设有两个夹块，所述夹块分别夹设第二连杆，所述第二连杆靠近所述第一面板上表面的一端分别连接在第四面板的其中一侧，所述第四面板的上表面分别设有图像采集单元和距离采集单元，所述图像采集单元和所述距离采集单元的采集端朝向所述主框架的内部；
[0021]
其中，距离采集单元通过l板架设在所述第四面板上。
[0022]
优选地，所述第二运动机构包括：第二滑轨、第六面板和滑动模组，
[0023]
所述第二滑轨间隔设在所述主框架的内部，相邻两个所述第二滑轨之间架设有第六面板，所述第六面板上设有滑动模组，所述滑动模组靠近所述第一运动机构的一侧设有滑动盒，所述滑动盒用于夹设工件随着滑动模组在第二滑轨上往复运动。
[0024]
优选地，所述第二滑轨的滑道上滑动设有第七面板，所述第七面板远离所述第二滑轨的一端下表面连接有第二面板，所述第二面板远离所述第二滑轨的一面间隔设有多个夹块，各所述夹块用于夹设第二连杆，所述第二连杆朝向所述第一面板的一端固定连接第五面板；
[0025]
所述第五面板上连接有t型板，所述t型板远离所述第五面板的一端两侧分别设有滑动盒，所述滑动盒用于架设工件；
[0026]
所述第五面板的表面分别安装有图像采集单元和距离采集单元，所述图像采集单元和所述距离采集单元的采集端朝向所述第一面板；
[0027]
其中，所述距离采集单元通过l板架设在所述第五面板的表面。
[0028]
本发明提供的一种高精度多轴运动控制系统，本系统采用两组伺服运动控制系统，第二运动机构通过皮带实现水平方向运动，第一运动机构通过减速机实现旋转运动。通过电控系统将两套系统整合并与上位机连接实现高精度编程运动控制。
[0029]
本发明提供的一种高精度多轴运动控制系统，采用减速机加强带负载能力，通过编程控制实现运动的高精度及准确性。实现了工件在多轴运动控制操作过程中能够利用上位机编程控制实现工件进行多轴协同运动目的，其负载能力强，系统稳定性高。
[0030]
本发明提供一种高精度多轴运动控制方法，适用于一种高精度多轴运动控制系
统，包括以下步骤：
[0031]
将工件架设在滑动盒上；
[0032]
利用第四面板上安装的图像采集信息和距离采集信息分别采集工件位于滑动盒上的第一轴向的图像信息和距离信息；
[0033]
根据采集的图像信息和距离信息，利用控制器驱动第二运动机构的滑动模组在第二滑轨上进行位移；
[0034]
或者，将工件架设在托盘上；
[0035]
利用第五面板上安装的图像采集单元和距离采集单元分别采集工件位于托盘上的第二轴向的图像信息和距离信息；
[0036]
根据采集的图像信息和距离信息，利用控制器驱动第一运动机构的电机带着转轴进行转动。
[0037]
本发明提供的一种高精度多轴运动控制方法，采用两组伺服运动控制系统，其中一组通过第二运动机构实现工件以第二轴向为基准进行往复运动；即，通过皮带实现水平方向运动，可悬挂传感器实现高精度定长的往复运动；
[0038]
另一组通过第一运动机构实现工件以第一轴向为基准进行往复运动；即，电机增大负载能力，带动托盘实现旋转运动。通过控制器将两套系统整合实现工件分别以第一轴向和第二轴向为基准进行往复运动的目的；即，实现工件能够以y轴为中心线进行旋转运动，以及实现工件能够以x轴为中心线进行定向定长移动的目的。
[0039]
本发明中，所述控制器还通过上网模块连接云端服务器，将工件的图像信息和距离信息分别进行上传至云端服务器；利用采集的图像信息和距离信息分别于云端服务器的预存信息进行对比；若第一运动机构触发运动指令，则通过第一运动机构实现工件沿着y轴进行旋转运动；若第二运动机构出发运动指令，则第二运动机构实现工件在x轴进行定长定向的位移。
[0040]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0041]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0042]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0043]
图1为本发明实施例中一种高精度多轴运动控制系统的结构示意图；
[0044]
图2为本发明实施例中一种高精度多轴运动控制系统的第一运动机构结构示意图；
[0045]
图3为本发明实施例中一种高精度多轴运动控制系统的第二运动机构结构示意图；
[0046]
其中，1-主框架，2-配电箱，3-第一架体，4-托盘，5-第一面板，6-第一连杆，7-连接板，8-固定块，9-滑道，10-摇轮，11-第二面板，12-第二滑轨，
[0047]
13-第二架体，14-第三面板，15-加强板，16-电机，17-转轴，18-支撑杆，
[0048]
19-卡块，20-图像采集单元，21-第一滑轨，22-第四面板，23-l板，24-距离采集单元，25-第五面板，26-滑动盒，27-t型板，28-角板，29-第六面板，30-滑动模组，31-第六面板，32-第七面板，33-第二连杆。
具体实施方式
[0049]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0050]
根据图1-3所示，本发明提供一种高精度多轴运动控制系统，包括：主框架1、第一运动机构和第二运动机构,所述第一运动机构和所述第二运动机构分别设在所述主框架1上,且所述第一运动机构和所述第二运动机构均设有图像采集单元20和距离采集单元24；
[0051]
所述第一运动机构和所述第二运动机构分别通过所述图像采集单元20和距离采集单元24将工件沿着第一运动轨迹和第二运动轨迹进行往复运动。
[0052]
本发明提供的一种高精度多轴运动控制系统，本系统采用两组伺服运动控制系统，第二运动机构通过皮带实现水平方向运动，第一运动机构通过减速机实现旋转运动。通过电控系统将两套系统整合并与上位机连接实现高精度编程运动控制。
[0053]
本发明提供的一种高精度多轴运动控制系统，采用减速机加强带负载能力，通过编程控制实现运动的高精度及准确性。实现了工件在多轴运动控制操作过程中能够利用上位机编程控制实现工件进行多轴协同运动目的，其负载能力强，系统稳定性高。
[0054]
所述第一运动轨迹为工件沿着y轴进行旋转运动，所述第二运动轨迹为工件沿着x轴进行位移。
[0055]
在一个实施例中，所述主框架1为方管焊接而成的架体，所述主框架1上设有第一面板5，所述第一面板5的下表面间隔设有第一运动机构和配电箱2，所述配电箱2电性连接所述第一运动机构和第二运动机构；所述配电箱2通过第一架体3固定在所述主框架1的内底部；所述第一面板5的下表面设有支撑杆18，所述支撑杆18位于所述第一运动机构和所述配电箱2之间；所述配电箱2内还设有控制器，所述控制器分别电连接第一运动机构；所述支撑杆18通过角板28连接所述主框架1。
[0056]
所述控制器用于控制所述第一运动机构和第二运动机构的打开或关闭，以及控制所述第一运动机构和所述第二运动机构的运动速度；所述支撑杆用于提高所述第一面板的承载能力，实现所述第一面板或托盘的上表面能够负担更多的承载物品。
[0057]
在一个实施例中，所述主框架1的内底面间隔设有多个第二架体13，所述第二架体13用于架设所述第一运动机构；所述第一运动机构包括：第三面板14、转轴17和托盘4，所述第三面板14通过多个加强板15架设在所述第二架体13靠近第一面板5的一面，所述第一面板5和所述第三面板14上均设有贯穿孔；所述第一面板5的贯穿孔用于所述托盘4穿过并往复运动；所述托盘4的下表面通过转轴17连接电机16的转动端，所述电机16贯穿所述第三面板14的贯穿孔，所述电机16远离转动端的一端固定在所述第三面板14上。
[0058]
所述第一运动机构在工作时，首先通过所述控制器启动所述电机，所述电机工作后就会通过转动端带着所述转轴进行转动，所述转轴转动后就会带着所述托盘一起进行转动，从而实现所述托盘上表面放置的工件进行转到的目的；所述托盘上还间隔设有多个装配孔，所述装配孔用于安装工件，使得所述工件在旋转的过程中不会因为离心力造成脱离
托盘的情况。
[0059]
在一个实施例中，所述主框架1的侧壁间隔设有多个第一滑轨21，所述第一滑轨21上滑动设置有多个固定块8，所述固定块8的下表面连接有第一连杆6；所述第一连杆6贯穿所述第一滑轨21的滑槽，并朝向所述第一面板5的一面延伸设置；两个所述第一连杆6分别连接连接板7的两端，且所述连接板7的中心贯穿连接有螺杆，所述螺杆靠近所述第一滑轨21的一端螺纹连接固定块8，所述螺杆的端部连接摇轮10，所述摇轮10用于所述螺杆在所述固定块8上转动连接；所述螺杆的另一端转动连接卡块19，所述卡块19固定在所述第一面板5的上表面。
[0060]
所述连接板7的上表面间隔设有两个夹块31，所述夹块31分别夹设第二连杆33，所述第二连杆33靠近所述第一面板5上表面的一端分别连接在第四面板22的其中一侧，所述第四面板22的上表面分别设有图像采集单元20和距离采集单元24，所述图像采集单元20和所述距离采集单元24的采集端朝向所述主框架1的内部；其中，距离采集单元24通过l板23架设在所述第四面板22上。
[0061]
所述固定块可以在所述第一滑轨的滑道上往复运动，实现调节所述连接板上连接的夹块位置进行移动的目的；进一步实现所述夹块连接的第四面板位置进行移动，从而实现所述第四面板上安装的图像采集单元和距离采集单元进行位移的目的，由此实现调节所述图像采集单元和距离采集单元采集端的位置，从而实现对所述第一面板上的工件在进行图像信息或距离信息采集时能够随之进行调节的目的。
[0062]
以及，所述连接板贯穿设置在所述第一连杆上，带有摇轮的螺杆固定在所述连接板上，所述螺杆的另一端螺纹连接卡块，从而实现转动摇杆的时候，就可以实现调节所述连接板的高度，进一步实现所述图像采集单元和距离采集单元的采集端高度，从而实现所述图像采集单元和距离采集单元在工作过程中能够随工件进行相适应的调节的目的。
[0063]
该实施例中，所述图像采集单元和距离采集单元主要针对x轴方向运动的工件进行信息采集。
[0064]
在一个实施例中，所述第二运动机构包括：第二滑轨12、第六面板29和滑动模组30，所述第二滑轨12间隔设在所述主框架1的内部，相邻两个所述第二滑轨12之间架设有第六面板29，所述第六面板29上设有滑动模组30，所述滑动模组30靠近所述第一运动机构的一侧设有滑动盒26，所述滑动盒26用于夹设工件随着滑动模组30在第二滑轨12上往复运动。
[0065]
所述第二运动机构工作时，首先通过所述控制器启动所述滑动模组，所述滑动模组可以设为直线驱动器，也可以设为一个主动轮和从动轮经皮带带着进行驱动的机构；所述滑动盒用于安装需要位移的工件，所述滑动模组带着所述滑动盒上安装的工件在所述第二滑轨上进行往复运动，从而实现所述工件能够进行x轴方向的位移目的。
[0066]
在一个实施例中，所述第二滑轨12的滑道9上滑动设有第七面板32，所述第七面板32远离所述第二滑轨12的一端下表面连接有第二面板11，所述第二面板11远离所述第二滑轨12的一面间隔设有多个夹块31，各所述夹块31用于夹设第二连杆33，所述第二连杆33朝向所述第一面板5的一端固定连接第五面板25；所述第五面板25上连接有t型板27，所述t型板27远离所述第五面板25的一端两侧分别设有滑动盒26，所述滑动盒26用于架设工件；所述第五面板25的表面分别安装有图像采集单元20和距离采集单元24，所述图像采集单元20
和所述距离采集单元24的采集端朝向所述第一面板5；其中，所述距离采集单元24通过l板架设在所述第五面板25的表面。
[0067]
该实施例中，所述第七面板、所述第二面板共同配合，实现架设图像采集单元和距离采集单元，由此实现至少两个所述图像采集单元和一组距离采集单元对第一面板上表面放置的工件进行图像信息采集和距离信息采集的目的，由此实现对托盘和第一面板的上表面进行工件信息的采集目的；所述图像采集单元为图像或视频信息，所述距离采集单元为工件上的凸起或凹陷等特征的高度或深度信息。进一步实现对位于第一面板或者是托盘上的工件进行信息采集的目的。
[0068]
所述第一运动机构和所述第二运动机构结合两组图像采集单元和距离采集单元，共同实现对第一面板或托盘上的工件进行信息采集，从而实现对工件的三维模型进行扫描的目的，进一步实现在扫描过程中能够经由控制器对第一运动机构和第二运动机构进行等距等量运动，从而实现高精度运动的目的。
[0069]
本发明提供一种高精度多轴运动控制方法，适用于所述的一种高精度多轴运动控制系统，包括以下步骤：
[0070]
将工件架设在滑动盒26上；
[0071]
利用第四面板22上安装的图像采集信息和距离采集信息分别采集工件位于滑动盒26上的第一轴向的图像信息和距离信息；
[0072]
根据采集的图像信息和距离信息，利用控制器驱动第二运动机构的滑动模组30在第二滑轨12上进行位移；
[0073]
或者，将工件架设在托盘4上；
[0074]
利用第五面板25上安装的图像采集单元20和距离采集单元24分别采集工件位于托盘4上的第二轴向的图像信息和距离信息；
[0075]
根据采集的图像信息和距离信息，利用控制器驱动第一运动机构的电机16带着转轴17进行转动。
[0076]
本发明提供的一种高精度多轴运动控制方法，采用两组伺服运动控制系统，其中一组通过第二运动机构实现工件以第二轴向为基准进行往复运动；即，通过皮带实现水平方向运动，可悬挂传感器实现高精度定长的往复运动；
[0077]
另一组通过第一运动机构实现工件以第一轴向为基准进行往复运动；即，电机增大负载能力，带动托盘实现旋转运动。通过控制器将两套系统整合实现工件分别以第一轴向和第二轴向为基准进行往复运动的目的；即，实现工件能够以y轴为中心线进行旋转运动，以及实现工件能够以x轴为中心线进行定向定长移动的目的。
[0078]
本发明中，所述控制器还通过上网模块连接云端服务器，将工件的图像信息和距离信息分别进行上传至云端服务器；利用采集的图像信息和距离信息分别于云端服务器的预存信息进行对比；若第一运动机构触发运动指令，则通过第一运动机构实现工件沿着y轴进行旋转运动；若第二运动机构出发运动指令，则第二运动机构实现工件在x轴进行定长定向的位移。
[0079]
所述图像采集单元为图像或视频信息，所述距离采集单元为工件上的凸起或凹陷等特征的高度或深度信息。进一步实现对位于第一面板或者是托盘上的工件进行信息采集的目的。
[0080]
所述第一运动机构和所述第二运动机构结合两组图像采集单元和距离采集单元，共同实现对第一面板或托盘上的工件进行信息采集，从而实现对工件的三维模型进行扫描的目的，进一步实现在扫描过程中能够经由控制器对第一运动机构和第二运动机构进行等距等量运动，从而实现高精度运动的目的。
[0081]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。