电子论文多自由度运动计算机控制系统的设计.pdfVIP

多自由度运动计算机控制系统的设计 韩光照，姜晶，施小成 （哈尔滨工程大学，动力与核能工程学院，黑龙江，哈尔滨，150001） 摘要：本文介绍了由计算机对步进电机控制从而实现多自由度运动的系统的设计。同时详细 介绍了系统中的结构组成、软件的应用和步进电机的控制。该控制系统操作界面友好、简单， 动态响应快，系统精度高。 关键词：计算机控制；步进电机；多自由度 [中图分类号] ：TP391.9 [文献标识码] ：A A Design of many-Degree-of-Freedom Platform Control System Han Guang-zhao, Jiangjing, Shi Xiao-cheng (School of power and nuclear energy, Harbin Engineering University，Harbin,150001,China) Abstract: A design of many-degree-of-Freedom stepping motor motion system, controlled by computer is introduced in this paper. And form of structure, appliance of software, measure of precision is also presented in the paper. This control system has some excellences such as good and easy operation interface, good dynamic response, and high system precision. Key words: computer control; stepping motor; many-degree-of-freedom 1 系统概述 步进电机可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制 及制动等，由其组成的开环多自由度运动系统简单、廉价、可靠，因此被广泛的运用于各种 检测系统及装置中。步进电机控制系统由步进电机控制器、驱动器、系统软件等几部分组成。 在本文中，运动模拟系统为模拟上下两个运动机构多自由度运动对接过程演示装置。 2 多自由度运动模拟系统 本文研究的对象是由步进电机控制的并联式多自由度运动系统，具体技术指标如下所 述。 上层运动机构单自由度最大静态参数：x 向平移距离2.0 米；y 向平移距离 1.5 米；z 向 平移距离 1.5 米；p （绕x 轴）转角范围正负 60 度；q （绕y 轴）转角范围正负 60 度；r （绕 z 轴）转角范围 360 度； 下层运动机构单自由度最大静态参数：x 向平移距离2.0 米；y 向平移距离 1.5 米；z 向 平移距离 0 米（在此系统中，）；p （绕x 轴）转角范围正负 60 度；q （绕y 轴）转角范围正 负 60 度；r （绕z 轴）转角范围 360 度； 该系统采用计算机控制，整个系统的动力机构由十一个步进电机组成，通过计算机由软 件进行运动姿态及位置的控制，从而实现系统多个自由度的运动（上层运动机构的 x 、y 、z 的线性移动和绕 x 、y 、z 轴向的旋转运动；下层的 x 、y 向的线性移动和绕x 、y 、z 轴向的 旋转运动）。由于采用步进电机作为执行机构，因此具有响应快，精度高，容易实现控制等 优点。 3 结构原理及组成 多自由度运动控制系统的组成结构如下图所示，主要由机械台架、控制系统组成。 3.1 机械台架 机械台架由上下两个部分组成，由德国的 FESTO 公司生产的金属机构框架组成，6 个 自由度（3 个位置，3 个姿态）产生于 6 个并联的步进电机；下部为 5 个自由度（2 个位置， 3 个姿态）产生于并联的 5 个步进电机。上下部分的运动相对独立，但是又是一个有机的整 体，这样就形成了空间多自由度的对接演示装置。 本系统采用步进电机对整个机构的 11 个自由度进行控制。装置能实现两种控制方式： 通过触摸屏对演示装置界面实现手动控制，实现上下运动机构的对接演示；