一種教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及伺服運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，大部分院校的數(shù)控教學(xué)設(shè)備過(guò)于龐大，不易操作，不能更直觀的展現(xiàn)數(shù)控的實(shí)時(shí)插補(bǔ)，缺少人機(jī)交互性。教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)是在現(xiàn)有的亞龍數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上，增加一套基于PC機(jī)的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，同時(shí)充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有的伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)以及三軸機(jī)械工作臺(tái)等裝置；為了實(shí)現(xiàn)綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能，需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件，其中集成有運(yùn)動(dòng)單元配置(單軸、雙軸或三軸)、運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)設(shè)置、數(shù)控插補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn)、工作流程邏輯編程和人機(jī)交互界面等功能模塊。本系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件，在硬件投入費(fèi)用不需要很大的條件下，合理地組合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過(guò)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)軟件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能，因此具有很高的性價(jià)比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能克服上述缺陷的一種教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，使學(xué)生能夠綜合理解和運(yùn)用信號(hào)檢測(cè)、伺服運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)控插補(bǔ)以及精密機(jī)械傳動(dòng)等技術(shù)方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。
[0004]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括上位機(jī)控制單元、下位機(jī)單元及執(zhí)行單元；所述上位機(jī)控制單元包括AutoCAD圖形文件、上位機(jī)控制器及實(shí)時(shí)顯示部分；下位機(jī)單元包括存儲(chǔ)模塊、串口通信模塊及MCU ;執(zhí)行單元包括功率放大器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和編碼器構(gòu)成閉環(huán)控制檢測(cè)系統(tǒng)；所述上位機(jī)控制器通過(guò)G代碼解釋器單元同存儲(chǔ)模塊連接；上位機(jī)控制器通過(guò)串口通信模塊與MCU連接；這樣，上位機(jī)控制器解析AutoCAD圖形文件，經(jīng)過(guò)G代碼解釋器轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)G代碼發(fā)送至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)保存；MCU通過(guò)存儲(chǔ)模塊讀取坐標(biāo)曲線軌跡數(shù)據(jù)，經(jīng)功率放大器發(fā)送至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)三軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行走刀，并使編碼器發(fā)生信號(hào)并傳輸至MCU，形成閉環(huán)控制檢測(cè)系統(tǒng)。上位機(jī)接收串口通信模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示走刀圖形，制機(jī)床運(yùn)動(dòng)以及設(shè)置加工參數(shù)。
[0006]以上所述實(shí)時(shí)顯示單元可實(shí)時(shí)顯示三軸步進(jìn)電機(jī)走刀軌跡。
[0007]以上所述AutoCAD圖形文件格式為*.dxf文件。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，系統(tǒng)中采用PC機(jī)控制運(yùn)動(dòng)控制器，能實(shí)時(shí)控制各軸運(yùn)動(dòng)，以及綜合理解和運(yùn)用信號(hào)檢測(cè)、伺服運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)控插補(bǔ)以及精密機(jī)械傳動(dòng)等技術(shù)方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成圖。
[0010]圖2為伺服運(yùn)動(dòng)控制器的功能模塊圖。
[0011]圖3為上位機(jī)控制器的功能模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0013]如圖1所示本實(shí)用新型教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成圖，包括上位機(jī)控制單元、下位機(jī)單元及執(zhí)行單元；上位機(jī)控制單元包括AutoCAD圖形文件、上位機(jī)控制器及實(shí)時(shí)顯示部分；下位機(jī)單元包括存儲(chǔ)模塊、串口通信模塊及MCU ;執(zhí)行單元包括功率放大器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和編碼器構(gòu)成閉環(huán)控制檢測(cè)系統(tǒng)；AutoCAD圖形文件格式為
dxf文件；實(shí)時(shí)顯示單元可實(shí)時(shí)顯示三軸步進(jìn)電機(jī)走刀軌跡；存數(shù)模塊存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)G代碼文件，供MCU讀??；串口通信模塊可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)控制器及MCU之間相互通信；功率放大器將MCU發(fā)出的脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大；驅(qū)動(dòng)器及步進(jìn)電機(jī)部分，可讀取經(jīng)過(guò)功率放大器的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作；編碼器由步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)激發(fā)信號(hào)，傳輸至MCU，構(gòu)成閉環(huán)控制檢測(cè)系統(tǒng)。
[0014]圖2為本實(shí)用新型伺服運(yùn)動(dòng)控制的功能模塊圖，本實(shí)用新型的伺服運(yùn)動(dòng)控制器是基于51單片機(jī)的硬件，通過(guò)串口通信模塊與上位機(jī)實(shí)時(shí)通信，控制X、Y、Z三軸自由運(yùn)動(dòng)與加工參數(shù)設(shè)置；通過(guò)讀取存儲(chǔ)模塊里的曲線軌跡數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)；通過(guò)獲取上位機(jī)主軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換控制變頻器；通過(guò)2路繼電器能實(shí)現(xiàn)主軸正、反轉(zhuǎn)的變換控制；通過(guò)編碼器接收軸速信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制；通過(guò)9路外部中斷可以接受限位開(kāi)關(guān)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各運(yùn)動(dòng)軸的零位和正負(fù)超程檢測(cè)，確保工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠。
[0015]圖3為本實(shí)用新型上位機(jī)控制器的功能模塊圖，本實(shí)用新型的上位機(jī)控制器包括以下功能:
[0016](I)讀取AutoCAD圖形文件(DXF)并轉(zhuǎn)化G代碼文件
[0017]用戶在AutoCAD中繪制的圖形以*.DXF格式進(jìn)行保存，此格式文件經(jīng)過(guò)上位機(jī)讀取轉(zhuǎn)化成為伺服運(yùn)動(dòng)控制器可識(shí)別的G代碼文件；
[0018](2)主軸正、反轉(zhuǎn)與停止，以及調(diào)速
[0019]上位機(jī)控制器中可通過(guò)參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸調(diào)速功能。通過(guò)6個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)控制主軸的正、反轉(zhuǎn)與停止，還有主軸的轉(zhuǎn)速設(shè)置，速度設(shè)置范圍在0~3000轉(zhuǎn)/分，同時(shí)在此基礎(chǔ)上可以用加、減速來(lái)進(jìn)行調(diào)速；
[0020](3) X、Y、Z 三軸控制
[0021]在上位機(jī)控制器中可通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)X、Y、Z三軸點(diǎn)動(dòng)或連續(xù)正反向運(yùn)動(dòng)；
[0022](4)加工參數(shù)設(shè)置
[0023]在上位機(jī)控制器中加工參數(shù)設(shè)置包括機(jī)床回原點(diǎn)，X、Y兩方向上偏移量，加工進(jìn)給速度等參數(shù)；
[0024](5)軟件上可以實(shí)時(shí)顯示圖形的加工過(guò)程與刀的位置
[0025]在上位機(jī)控制器中可實(shí)時(shí)讀取加工過(guò)程中刀路軌跡曲線，及機(jī)床的工作狀態(tài)并實(shí)時(shí)顯示。
[0026]本實(shí)用新型教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作時(shí)，上位機(jī)控制器解析AutoCAD圖形文件，經(jīng)過(guò)G代碼解釋器轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)G代碼發(fā)送至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)保存；運(yùn)動(dòng)控制器(MCU)通過(guò)存儲(chǔ)模塊讀取坐標(biāo)曲線軌跡數(shù)據(jù)，經(jīng)功率放大器發(fā)送至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)三軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行走刀，并使編碼器發(fā)生信號(hào)并傳輸至MCU，形成閉環(huán)控制檢測(cè)系統(tǒng)。上位機(jī)接收串口通信模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示走刀圖形，制機(jī)床運(yùn)動(dòng)以及設(shè)置加工參數(shù)。
[0027]上述實(shí)例只為說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本【實(shí)用新型內(nèi)容】并加以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所做的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:包括上位機(jī)控制單元、下位機(jī)單元及執(zhí)行單元；所述上位機(jī)控制單元包括AutoCAD圖形文件、上位機(jī)控制器及實(shí)時(shí)顯示部分；下位機(jī)單元包括存儲(chǔ)模塊、串口通信模塊及MCU ;執(zhí)行單元包括功率放大器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和編碼器構(gòu)成閉環(huán)控制檢測(cè)系統(tǒng)；所述上位機(jī)控制器通過(guò)G代碼解釋器單元同存儲(chǔ)模塊連接；上位機(jī)控制器通過(guò)串口通信模塊與MCU連接；這樣，上位機(jī)控制器解析AutoCAD圖形文件，經(jīng)過(guò)G代碼解釋器轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)G代碼發(fā)送至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，MCU通過(guò)存儲(chǔ)模塊讀取坐標(biāo)曲線軌跡數(shù)據(jù)，經(jīng)功率放大器發(fā)送至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)三軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行走刀，并使編碼器發(fā)生信號(hào)并傳輸至MCU，形成閉環(huán)控制檢測(cè)系統(tǒng)，上位機(jī)接收串口通信模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示走刀圖形，制機(jī)床運(yùn)動(dòng)以及設(shè)置加工參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征在于:所述實(shí)時(shí)顯示單元可實(shí)時(shí)顯示三軸步進(jìn)電機(jī)走刀軌跡。
【專利摘要】教學(xué)型伺服運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)是在現(xiàn)有的亞龍數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上，增加一套基于PC機(jī)的開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括上位機(jī)控制單元、下位機(jī)單元及執(zhí)行單元；上位機(jī)控制單元包括AutoCAD圖形文件、上位機(jī)軟件及實(shí)時(shí)顯示部分；下位機(jī)單元由存儲(chǔ)模塊、串口通信模塊及MCU組成；執(zhí)行單元包括功率放大器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)和編碼器構(gòu)成閉環(huán)控制檢測(cè)系統(tǒng)；為了實(shí)現(xiàn)綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的功能，本專利開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件，在硬件投入費(fèi)用不大的條件下，合理地組合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，通過(guò)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)軟件實(shí)現(xiàn)預(yù)期綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)功能，具有很高的性價(jià)比。
【IPC分類】G09B23-18
【公開(kāi)號(hào)】CN204332194
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420762799
【發(fā)明人】吳來(lái)杰, 李學(xué)斌, 黃亮, 楊元紅
【申請(qǐng)人】中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月8日