[实用新型]一种三维运动装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种运动装置，尤其涉及一种基于PC及STM32单片机的三维运动装置。

背景技术

许多传统的三维运动装置通过旋转电机带动螺杆或滚珠丝杆实现，存在响应慢、精度差等特点，而且目前常见的三维运动装置控制器也存在一些问题。目前常见的三维运动装置控制器可分为两类：第一类为基于PLC、DSP+FPGA、ARM+FPGA等构架的运动控制器；第二类为包括主控制器(PC)、独立于PC的子控制器等的三维运动装置控制器。第一类三维运动装置控制器集成度高，可靠性好；然而一旦某处出现故障，整个控制系统将会瘫痪，很难在短时间内排除故障。第二类三维运动装置控制器常采用多个单片机芯片进行运动控制，增加了系统的复杂程度，而且外部接线增加也无疑增加了线路接错的风险，降低了设备的可靠性。此外，目前常见的三维运动装置一般不实时显示其运行轨迹，导致操作者不能直观的观察该装置的运行情况。

发明内容

本实用新型的目的是针对传统三维运动装置响应慢、精度差以及三维运动装置控制器采用多个单片机芯片、不能实时显示三维运动装置运行轨迹等不足，提供了一种基于PC及STM32单片机的三维运动装置。该三维运动装置通过高精度直线电机带动滑台实现，其运动控制器包括主控制器PC以及子控制器STM32单片机最小系统。

一种三轴运动装置，包括：直线电机Ⅰ、直线电机Ⅱ、直线电机Ⅲ、直线电机Ⅳ、丝杠、运动滑台Ⅰ、运动滑台Ⅱ、运动滑台Ⅲ、运动滑台Ⅳ、电源模块、电机驱动器Ⅰ、电机驱动器Ⅱ、电机驱动器Ⅲ、电机驱动器Ⅳ、STM32单片机最小系统、USB串行总线、主控制器PC、底板、参考点；X方向的直线电机Ⅰ和直线电机Ⅱ固定于底板上，Y方向的直线电机Ⅲ的两端分别固定在运动滑台Ⅰ和运动滑台Ⅱ上，且与X方向垂直，运动滑台Ⅲ安装在Y方向的直线电机Ⅲ上，运动滑台Ⅳ安装在Z方向的直线电机Ⅳ上，Z方向的直线电机Ⅳ一端固定在运动滑台Ⅲ上，且同时与X及Y方向垂直，直线电机Ⅰ、直线电机Ⅱ、直线电机Ⅲ、直线电机Ⅳ均通过丝杠传动，运动滑台Ⅳ上设有参考点，电机驱动器Ⅰ、电机驱动器Ⅱ、电机驱动器Ⅲ、电机驱动器Ⅳ以及STM32单片机最小系统分别安装在底板后部的表面上，电源模块在电机驱动器Ⅰ上方，主控制器PC放置在底板一侧，并通过USB串行总线与STM32单片机最小系统连接。

所述底板用于安装和承载三维运动装置的所有部件。

所述滑台安装于直线电机上，由直线电机驱动，通过直线电机的正反转控制其在直线方向上前进和后退，通过高精度直线电机的转速控制滑台的运行速度。

所述直线电机总共有4个，X方向上的2个直线电机平行安装于底板上，Y方向上的1个直线电机两端分别固定在X方向2个直线电机的滑台上，Z方向上的1个直线电机一端固定在Y方向直线电机的滑台上。

所述4个电机驱动器及子控制器STM32单片机最小系统直接安装在底板后部的表面上，STM32单片机与4个电机驱动器电连接，4个电机驱动器分别与4个高精度直线电机电连接。

所述电源模块用于对电机驱动器及子控制器STM32单片机最小系统供电，为了优化三维运动装置结构，使装置结构紧凑，电源模块与电机驱动器及子控制器STM32单片机最小系统采用分层放置。

所述主控制器PC放置在底板右侧，通过USB串行总线与子控制器STM32单片机最小系统电连接实现双向通信，用于主控制器PC向STM32单片机发送控制命令以及接收STM32单片机上传的实时坐标数据并实时显示运行轨迹。

本实用新型的工作原理：

(1)三维运动装置上电并设定原点，操作主控制器PC向STM32单片机发送控制命令及运行参数。

(2)STM32单片机根据接收到的控制命令及运行参数分别对X、Y、Z方向的直线电机进行驱动控制，直线电机通过丝杠驱动相应的滑台移动以推动其上部载荷运动，从而实现三维运动装置的三维运行。对于X方向上的运动，电机1、2总是保持同步运动，保证安装于滑台6、7上的Y方向上直线电机3始终垂直于X方向。

(3)STM32单片机在驱动直线电机运行的同时，把三维运动装置的实时坐标数据上传至主控制器PC，主控制器PC实时显示三维运动装置的运行轨迹。

(4)当运行完毕，三维运动装置复位，自动返回原点。