本實(shí)用新型涉及一種運(yùn)動(dòng)裝置，尤其涉及一種基于PC及STM32單片機(jī)的三維運(yùn)動(dòng)裝置。

背景技術(shù)：

許多傳統(tǒng)的三維運(yùn)動(dòng)裝置通過(guò)旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)螺桿或滾珠絲桿實(shí)現(xiàn)，存在響應(yīng)慢、精度差等特點(diǎn)，而且目前常見(jiàn)的三維運(yùn)動(dòng)裝置控制器也存在一些問(wèn)題。目前常見(jiàn)的三維運(yùn)動(dòng)裝置控制器可分為兩類：第一類為基于PLC、DSP+FPGA、ARM+FPGA等構(gòu)架的運(yùn)動(dòng)控制器；第二類為包括主控制器(PC)、獨(dú)立于PC的子控制器等的三維運(yùn)動(dòng)裝置控制器。第一類三維運(yùn)動(dòng)裝置控制器集成度高，可靠性好；然而一旦某處出現(xiàn)故障，整個(gè)控制系統(tǒng)將會(huì)癱瘓，很難在短時(shí)間內(nèi)排除故障。第二類三維運(yùn)動(dòng)裝置控制器常采用多個(gè)單片機(jī)芯片進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，而且外部接線增加也無(wú)疑增加了線路接錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，降低了設(shè)備的可靠性。此外，目前常見(jiàn)的三維運(yùn)動(dòng)裝置一般不實(shí)時(shí)顯示其運(yùn)行軌跡，導(dǎo)致操作者不能直觀的觀察該裝置的運(yùn)行情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對(duì)傳統(tǒng)三維運(yùn)動(dòng)裝置響應(yīng)慢、精度差以及三維運(yùn)動(dòng)裝置控制器采用多個(gè)單片機(jī)芯片、不能實(shí)時(shí)顯示三維運(yùn)動(dòng)裝置運(yùn)行軌跡等不足，提供了一種基于PC及STM32單片機(jī)的三維運(yùn)動(dòng)裝置。該三維運(yùn)動(dòng)裝置通過(guò)高精度直線電機(jī)帶動(dòng)滑臺(tái)實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)動(dòng)控制器包括主控制器PC以及子控制器STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)。

一種三軸運(yùn)動(dòng)裝置，包括：直線電機(jī)Ⅰ、直線電機(jī)Ⅱ、直線電機(jī)Ⅲ、直線電機(jī)Ⅳ、絲杠、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅰ、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅱ、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅲ、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅳ、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅰ、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅱ、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅲ、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅳ、STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)、USB串行總線、主控制器PC、底板、參考點(diǎn)；X方向的直線電機(jī)Ⅰ和直線電機(jī)Ⅱ固定于底板上，Y方向的直線電機(jī)Ⅲ的兩端分別固定在運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅰ和運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅱ上，且與X方向垂直，運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅲ安裝在Y方向的直線電機(jī)Ⅲ上，運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅳ安裝在Z方向的直線電機(jī)Ⅳ上，Z方向的直線電機(jī)Ⅳ一端固定在運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅲ上，且同時(shí)與X及Y方向垂直，直線電機(jī)Ⅰ、直線電機(jī)Ⅱ、直線電機(jī)Ⅲ、直線電機(jī)Ⅳ均通過(guò)絲杠傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅳ上設(shè)有參考點(diǎn)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅰ、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅱ、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅲ、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅳ以及STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)分別安裝在底板后部的表面上，電源模塊在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅰ上方，主控制器PC放置在底板一側(cè)，并通過(guò)USB串行總線與STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)連接。

所述底板用于安裝和承載三維運(yùn)動(dòng)裝置的所有部件。

所述滑臺(tái)安裝于直線電機(jī)上，由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)直線電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制其在直線方向上前進(jìn)和后退，通過(guò)高精度直線電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制滑臺(tái)的運(yùn)行速度。

所述直線電機(jī)總共有4個(gè)，X方向上的2個(gè)直線電機(jī)平行安裝于底板上，Y方向上的1個(gè)直線電機(jī)兩端分別固定在X方向2個(gè)直線電機(jī)的滑臺(tái)上，Z方向上的1個(gè)直線電機(jī)一端固定在Y方向直線電機(jī)的滑臺(tái)上。

所述4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及子控制器STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)直接安裝在底板后部的表面上，STM32單片機(jī)與4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接，4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別與4個(gè)高精度直線電機(jī)電連接。

所述電源模塊用于對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及子控制器STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)供電，為了優(yōu)化三維運(yùn)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)，使裝置結(jié)構(gòu)緊湊，電源模塊與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及子控制器STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)采用分層放置。

所述主控制器PC放置在底板右側(cè)，通過(guò)USB串行總線與子控制器STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)電連接實(shí)現(xiàn)雙向通信，用于主控制器PC向STM32單片機(jī)發(fā)送控制命令以及接收STM32單片機(jī)上傳的實(shí)時(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行軌跡。

本實(shí)用新型的工作原理：

(1)三維運(yùn)動(dòng)裝置上電并設(shè)定原點(diǎn)，操作主控制器PC向STM32單片機(jī)發(fā)送控制命令及運(yùn)行參數(shù)。

(2)STM32單片機(jī)根據(jù)接收到的控制命令及運(yùn)行參數(shù)分別對(duì)X、Y、Z方向的直線電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，直線電機(jī)通過(guò)絲杠驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的滑臺(tái)移動(dòng)以推動(dòng)其上部載荷運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動(dòng)裝置的三維運(yùn)行。對(duì)于X方向上的運(yùn)動(dòng)，電機(jī)1、2總是保持同步運(yùn)動(dòng)，保證安裝于滑臺(tái)6、7上的Y方向上直線電機(jī)3始終垂直于X方向。

(3)STM32單片機(jī)在驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，把三維運(yùn)動(dòng)裝置的實(shí)時(shí)坐標(biāo)數(shù)據(jù)上傳至主控制器PC，主控制器PC實(shí)時(shí)顯示三維運(yùn)動(dòng)裝置的運(yùn)行軌跡。

(4)當(dāng)運(yùn)行完畢，三維運(yùn)動(dòng)裝置復(fù)位，自動(dòng)返回原點(diǎn)。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型采用高精度直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，響應(yīng)快、精度高；三維運(yùn)動(dòng)裝置的X方向上采用2個(gè)直線電機(jī)承載上部結(jié)構(gòu)，裝置結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；電源模塊與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及子控制器STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)分層放置，使三維運(yùn)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)更緊湊。三維運(yùn)動(dòng)裝置控制器采用PC作為主控制器，單個(gè)STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)作為子控制器，減少了外部接線，可靠性高，部件通用性強(qiáng)，更換方便，而且主控制器PC能夠?qū)崟r(shí)顯示裝置的運(yùn)行軌跡，可直觀展現(xiàn)運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)的運(yùn)行情況。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型三維運(yùn)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。

附圖標(biāo)記：

直線電機(jī)Ⅰ1、直線電機(jī)Ⅱ2、直線電機(jī)Ⅲ3、直線電機(jī)Ⅳ4、絲杠5、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅰ6、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅱ7、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅲ8、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅳ9、電源模塊10、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅰ11、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅱ12、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅲ13、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅳ14、STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)15、USB串行總線16、主控制器PC17、底板18、參考點(diǎn)19。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種三軸運(yùn)動(dòng)裝置，包括：直線電機(jī)Ⅰ1、直線電機(jī)Ⅱ2、直線電機(jī)Ⅲ3、直線電機(jī)Ⅳ4、絲杠5、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅰ6、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅱ7、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅲ8、運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅳ9、電源模塊10、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅰ11、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅱ12、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅲ13、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅳ14、STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)15、USB串行總線16、主控制器PC17、底板18、參考點(diǎn)19；X方向的直線電機(jī)Ⅰ1和直線電機(jī)Ⅱ2固定于底板18上，Y方向的直線電機(jī)Ⅲ3的兩端分別固定在運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅰ6和運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅱ7上，且與X方向垂直，運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅲ8安裝在Y方向的直線電機(jī)Ⅲ3上，運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅳ9安裝在Z方向的直線電機(jī)Ⅳ4上，Z方向的直線電機(jī)Ⅳ4一端固定在運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅲ8上，且同時(shí)與X及Y方向垂直，直線電機(jī)Ⅰ1、直線電機(jī)Ⅱ2、直線電機(jī)Ⅲ3、直線電機(jī)Ⅳ4均通過(guò)絲杠5傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)滑臺(tái)Ⅳ9上設(shè)有參考點(diǎn)19，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅰ11、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅱ12、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅲ13、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅳ14以及STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)15分別安裝在底板18后部的表面上，電源模塊10在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器Ⅰ11上方，主控制器PC17放置在底板18一側(cè)，并通過(guò)USB串行總線16與STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)15連接。

實(shí)施例2：

一種三軸運(yùn)動(dòng)裝置，各個(gè)模塊的電連接方式如附圖2所示。主控制器PC 17通過(guò)USB串行總線16與子控制器STM32單片機(jī)最小系15電連接實(shí)現(xiàn)雙向通信；STM32單片機(jī)分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11、12、13、14電連接；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器12、14分別與X方向的直線電機(jī)1、2電連接；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器11與Y方向的直線電機(jī)3電連接；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器13與Z方向的直線電機(jī)4電連接。電源模塊10用于對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及子控制器STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)供電。