运动控制方法和系统技术领域
本发明涉及机械自动化技术领域，特别是涉及一种运动控制方法和一种运
动控制系统。
背景技术
运动控制器是数控技术中重要的部分，其直接参与控制伺服系统或步进系
统(一般包括驱动器和电机)，使电机按照设定的方式运行。因为受限于运动控
制器的运算能力，运动控制器的多轴协同控制一直存在较大的问题。同时，针
对运动控制器的各种操作也很不方便。
发明内容
基于此，有必要提供一种可实现多轴协同控制，且操作方便的运动控制系
统。
此外，还提供一种操作方便的运动控制方法。
一种运动控制系统，包括：
上位机，用于提供交互界面，以设置驱动参数；
四轴运动控制器，与所述上位机通信连接，用于接收所述上位机设置的驱
动参数，生成驱动信号；
驱动器，数量为四个，分别与所述四轴运动控制器连接，用于接收所述驱
动信号，并根据驱动信号驱动对应连接的电机运行；
其中，所述四轴运动控制器通过USB接口与上位机通信连接；所述四轴运
动控制器还与电机的编码器连接，接收电机的运行参数，并结合驱动参数调整
所述驱动信号。
在其中一个实施例中，所述四轴运动控制器包括：
数据信号转换单元，用于将从USB接口接收的驱动参数进行转换，获得指
定类型信号；
数据处理单元，与所述数据信号转换单元连接，接收所述指定类型信号，
然后进行处理，得到运动控制指令；
运动控制芯片，与所述数据处理单元通信连接，接收所述运动控制指令，
并处理得到所述驱动信号。
在其中一个实施例中，所述数据信号转换单元包括以下一种或两种以上：
USB转RS232信号单元、USB转485信号单元及USB转CAN信号单元。
在其中一个实施例中，所述USB转RS232信号单元包括芯片PL2303HX。
在其中一个实施例中，所述USB转485信号单元包括芯片MAX485ESA。
在其中一个实施例中，所述USB转CAN信号单元包括芯片TJA1040。
在其中一个实施例中，所述数据处理单元包括ARM芯片STM32F103VET6，
所述运动控制芯片型号为TC6014，ARM芯片和运动控制芯片之间采用FSMC
通信。
一种运动控制方法，基于上述的运动控制系统，包括以下步骤：
上位机通过交互界面接收用户输入，并经过处理转换为驱动参数，发送给
四轴运动控制器；
四轴运动控制器将所述驱动参数转换为驱动信号，并发送给驱动器；
驱动器根据接收到的驱动信号驱动对应连接的电机运行；
所述四轴运动控制器还与电机的编码器连接，接收电机的运行参数，并结
合驱动参数调整所述驱动信号。
在其中一个实施例中，上位机通过交互界面接收的用户输入包括：各驱动
器的脉冲类型选择、基本参数设置、回原点参数设置、轴运动设置以及连续插
补设置中的一种或两种以上。
在其中一个实施例中，所述各驱动器的脉冲类型选择包括：为每个驱动器
从8种脉冲类型中选择一种；
所述基本参数设置包括：为每个驱动器设置限位有效电平、限位停止方式、
伺服到位信号、伺服报警信号、编码器输入方式以及编码器计数方式；
所述回原点参数设置包括：为每个驱动器从两种自动回原点模式中选择一
种；
所述轴运动设置包括：为每个驱动器设置运动方式、停止方式、运动曲线、
选择运动类型、选择轴参数以及选择运动的轴；
所述连续插补设置包括：第一段直线插补设置、第二段圆弧插补设置以及
第三段直线插补设置。
上述运动控制系统和方法，上位机由于具备强大的数据处理和存储能力，
能够进行高效而复杂的运算并且呈现丰富的交互界面。当四轴运动控制器通过
USB接口与上位机连接后，可以将复杂的运算交给上位机处理，而四轴运动控
制器本身则专注于处理与运动控制相关的部分，从而提高了处理速度。同时上
位机也可以提供友好的人机交互界面给用户，方便用户进行各种参数的设置。
而USB接口是一种即插即用接口，可以方便地将USB设备随时与计算机进行连
接或移除连接，并且也具备较快的数据传输速度。
附图说明
图1为一实施例的运动控制系统结构图；
图2为图1的运动控制系统中的四轴运动控制器的模块图；
图3为一实施例的运动控制方法流程图；
图4a～4e为各参数设置界面图；
图5a为自动回原点模式1的运动示意图；
图5b为自动回原点模式2的运动示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进行进一步说明。
如图1所示，一实施例的运动控制系统包括上位机100、四轴运动控制器
200和驱动器300。上位机100用于提供交互界面并设置驱动参数。四轴运动控
制器200与上位机100通信连接，用于接收上位机100设置的驱动参数，生成
驱动信号。驱动器300数量为四个(分别为X轴、Y轴、Z轴、U轴驱动器)，
分别与四轴运动控制器200连接，用于接收所述驱动信号，并根据驱动信号驱
动对应连接的电机400运行。
上位机100是具备通用数据处理和存储的计算机，通常包括用于处理数据
的中央处理器和用于存储数据的存储器。为了扩展计算机功能，计算机通常都
还包括各种扩展接口，例如PCI接口、USB接口等。其中USB接口是一种即插
即用接口，可以方便地将USB设备随时与计算机进行连接或移除连接，并且也
具备较快的数据传输速度。
本实施例中，四轴运动控制器200通过USB接口与上位机100进行通信连
接。上位机100根据驱动程序，识别四轴运动控制器200并与四轴运动控制器
200进行数据通信。
上位机100由于具备强大的数据处理和存储能力，能够进行高效而复杂的
运算并且呈现丰富的交互界面。当四轴运动控制器200通过USB接口与上位机
100连接后，可以将复杂的运算交给上位机100处理，而四轴运动控制器200本
身则专注于处理与运动控制相关的部分，从而提高了处理速度。同时上位机100
也可以提供友好的人机交互界面给用户，方便用户进行各种参数的设置。
四轴运动控制器200同时与四个驱动器300连接，可以同时对四个驱动器
300进行独立控制，且协同工作。
如图2所示，四轴运动控制器200包括数据信号转换单元210、数据处理单
元220以及运动控制芯片230。数据信号转换单元210用于将从USB接口接收
的驱动参数进行转换，获得指定类型信号。数据处理单元220与数据信号转换
单元210连接，接收所述指定类型信号，然后进行处理，得到运动控制指令。
运动控制芯片230与数据处理单元220通信连接，接收所述运动控制指令，并
处理得到所述驱动信号。四轴运动控制器200还与电机400的编码器连接，接
收电机400的运行参数，并结合驱动参数调整所述驱动信号。通过闭环控制实
现更高的控制精度。
四轴运动控制器200具体是通过数据信号转换单元210与上位机100连接。
数据信号转换单元210从上位机100接收USB数据流，并进行转换，获得指定
类型信号。根据需要，指定类型的信号可以是RS232信号、485信号或者CAN
信号。相应地，数据信号转换单元210可以是USB转RS232信号单元、USB转
485信号单元及USB转CAN信号单元中的一种或两种以上。这样，四轴运动控
制器200在实际配置时，就可以使用不同的信号进行处理，配置更加灵活，能
够适应不同的专业人员。
所述USB转RS232信号单元包括芯片PL2303HX。可以理解，USB转RS232
信号单元还可以是其他可行的电路形式。所述USB转485信号单元包括芯片
MAX485ESA。可以理解，USB转485信号单元还可以是其他可行的电路形式。
所述USB转CAN信号单元包括芯片TJA1040；可以理解，USB转CAN信号单
元还可以是其他可行的电路形式。
可以理解，根据需要还可以将USB数据流转换为其他类型的信号，不限于
上述三种信号。
USB数据流经数据信号转换单元210处理后得到的指定类型信号被发送给
数据处理单元220。本实施例中，数据处理单元220包括ARM芯片
STM32F103VET6。
指定类型信号经数据处理单元220处理后得到的运动控制指令被发送给运
动控制芯片230。本实施例中，运动控制芯片230采用深圳微芯科技有限公司设
计的型号为TC6014的芯片。ARM芯片和运动控制芯片之间采用FSMC通信。
在一个实施例中，通过C语言的运算结构体，对芯片TC6014内的寄存器进行
复用，使同一个寄存器可以寄存不同用途的数据或命令，提高寄存器的利用率
和通信效率。
运动控制指令经运动控制芯片230处理后得到的驱动信号被发送给驱动器
300。该驱动信号包括方向、速度及位移信号。
基于上述运动控制系统，提供一实施例的运动控制方法。
如图3所示，该运动控制方法包括以下步骤：
步骤S100：上位机通过交互界面接收用户输入，并经过处理转换为驱动参
数，发送给四轴运动控制器。上位机100运行用于驱动控制四轴运动控制器的
程序，呈现交互界面，并接收用户输入。
步骤S200：四轴运动控制器将所述驱动参数转换为驱动信号，并发送给驱
动器。该驱动信号是驱动器可识别的信号。
步骤S300：驱动器根据接收到的驱动信号驱动对应连接的电机运行。
参考图4a～4e，上位机通过交互界面接收的用户输入包括：1)各驱动器的
脉冲类型选择；2)基本参数设置；3)回原点参数设置；4)轴运动设置；5)
连续插补设置。
如图4a所示，1)各驱动器的脉冲类型选择。
所述各驱动器的脉冲类型选择包括：为每个驱动器从8种脉冲类型中选择
一种。具体地，是为X轴、Y轴、Z轴及U轴驱动器选择一种脉冲类型。在图
4a所示的界面中，上部是各轴选择区域、下部是图例。上部的X轴、Y轴、Z
轴及U轴驱动器的脉冲选择区域分别设有8个相互互斥选择的选项，并依次命
名为类型0、类型1、……、类型7。
用户可以参考图4a下部的图例，为每个驱动器选择一种脉冲类型。具体地，
上述8种脉冲类型分别定义了类型0：正方向脉冲
如图4b所示，2)基本参数设置。
所述基本参数设置包括：为每个驱动器设置限位有效电平、限位停止方式、
伺服到位信号、伺服报警信号、编码器输入方式以及编码器计数方式。具体地，
是为X轴、Y轴、Z轴及U轴驱动器分别选择上述各参数。图4b所示的界面中，
每个驱动器与参数的交叉处设有一组对应的选项。
限位有效电平：根据限位传感器的实际信号来选择高电平有效，还是低电
平有效。
限位停止方式：设置限位停止的方式是立即停止还是减速停止。
伺服到位信号：如果控制的是伺服驱动器则可以根据实际情况选择。
伺服报警信号：如果控制的是伺服驱动器则可以根据实际的报警信号来设
置高低电平有效。
编码器输入方式：系统带编码器的情况下，根据编码器的实际情况选择输
入方式。
编码器计数方式：如果系统带有编码器则可进行设置，否则无需设置。
如图4c所示，3)回原点参数设置。
所述回原点参数设置包括：为每个驱动器从两种自动回原点模式中选择一
种。每个驱动器都可以控制两种回原点模式，由图4c所示的界面中的方式进行
选择和控制。
结合图5a，自动回原点模式1包括以下4个步骤：
步骤S1：高速移向stop0(减速)信号点；
步骤S2：低速搜索stop1(原点)信号点；
步骤S3：低速搜索stop2(编码器Z相)信号点；
步骤S4：高速偏移运动。
该模式使用stop0、stop1、stop2输入信号，分别作为减速、原点和编码器Z
相信号。这些信号分别作用于上述的4个步骤。stop1和stop2信号可不接入，
如不接入，则步骤S1和步骤S3将不执行。步骤4也可不执行。用户根据实际
情况，可在图4c所示的界面的各驱动器的“模式1”的各选项中进行选择。
结合图5b，自动回原点模式2包括以下3个步骤：
步骤A1：高速移向stop0(减速)信号点；
步骤A2：低速搜索stop1(原点)信号点；
步骤A3：高速偏移运动。
该模式使用stop0和stop1输入信号，分别作为减速和原点信号。这些信号
分别作用于上述的3个步骤中。stop0信号可不接入，如不接入，则步骤A1将
不执行。步骤A3也可不执行。用户根据实际情况，可在图4c所示的界面的各
驱动器的“模式2”的各选项中进行选择。
如图4d所示，4)轴运动设置。轴运动设置主要控制电机轴运动的方向、
距离和方式等。
所述轴运动设置包括：为每个驱动器设置运动方式、停止方式、运动曲线、
选择运动类型、设置轴参数以及选择运动的轴；
设置运动方式：相对运动或者绝对运动。
设置停止方式：减速停止或者立即停止。
速度曲线设置：梯形曲线或者S形曲线。
运动选择：回原点、连续运动、定长运动、直线插补、圆弧插补。
单轴参数设置：启动速度，运行速度、加减速时间、移动距离、移动方向
轴选择：在XYZU四轴前面选择运动的轴。可以选择一个或两个以上的轴
参与运动。
如图4e所示，5)连续插补设置。
所述连续插补设置包括：第一段直线插补设置、第二段圆弧插补设置以及
第三段直线插补设置。
可以理解，呈现和选择参数的方式并不限于图4a～4e所示的方式，还可以
是其他合适的方式。
上述驱动参数的设置中，脉冲类型选择和基本参数设置都是全局设置，回
原点参数设置是针对回原点这个动作的设置，轴运动设置也是针对不同轴的运
动做局部参数设置，连续插补设置是针对特定的运动做的参数设置。
上位机100上运行的程序，根据用户在前述交互界面中的选择，为预设的
变量设置对应的值。所述预设的变量即作为上位机100发送给四轴运动控制器
200的驱动参数的一部分或全部。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对
上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技
术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，
但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的
普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改
进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权
利要求为准。