[发明专利]一种基于H-BOT结构的控制系统方法

说明书

本发明提供一种基于H‑BOT结构的控制系统方法，其包括控制模块、OLED模块、独立按键、步进电机，其中控制模块具有串口异步通讯、数据解析、G代码解析功能单元；控制模块的STEP、DIR引脚通过输入不同脉冲信号频率以及配置不同的状态值控制步进电机的正反转；控制模块通过其串口异步通讯接口与OLED模块和独立按键模块信号连接。本发明由于采用四象限圆弧插补设计，解决了圆弧插补不能跨象限的问题。

技术领域

本发明属于数控开环控制系统领域，尤其涉及一种基于H-BOT结构的控制系统方法。

背景技术

H-BOT的结构将笛卡尔坐标系进行转换，用一条同步带跟随两个步进电机的转动而移动，当左右步进电机旋转方向相同时，执行机构向X轴移动，当两个电机反方向旋转时，执行机构向Y轴移动。当两个电机同时旋转时，步进电机的扭矩大于单个电机产生的扭矩，改善了运动响应，并且还减轻了XY平台上方的步进电机的重量。

如图1所示，步进电机的运动原理如下：

A顺B逆，向+Y轴运动；

A逆B顺，向-Y轴运动；

A顺B顺，向+X轴运动；

A逆B逆，向-X轴运动。

ΔX＝1/2(ΔA+ΔB)，ΔY＝1/2(ΔA-ΔB) (1-1)

ΔA＝ΔX+ΔY，ΔB＝ΔX-ΔY (1-2)

在H-BOT结构内使用普通的圆弧插补，因为坐标的转换不能够实现圆弧插补的正常工作。圆弧插补时，相邻两象限圆弧插补计算公式不同，进给方向不一样，因此，过象限圆弧插补的时候需要考虑过象限问题，否则，插补时就会发生错误。

圆弧过象限的标志是动点坐标x_i＝0或y_i＝0。所以，进行圆弧插补时，坐标轴每进给一步，除了需要进行终点判别外，象限点即要进行插补运算的变化。(详见《逐点比较圆弧轨迹插补过象限时用符号判别的分析》-吴晓苏))。

在《平面型H-bot机构的运动控制算法》，丁承君、《基于Arduino的素描机器人设计》文献中只能找到H-BOT结构中直线插补的算法研究，没有找到对应的圆弧插补算法，而且对于两轴开源数控系统GRBL(G代码解释器)其圆弧插补是采用弧线逼近圆弧，所以亟需一种圆弧插补跨象限的插补算法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于H-BOT结构的控制系统方法，能够采用四象限圆弧插补设计，由于减少了象限的判断，计算代码更加简洁高效，解决了原有设计圆弧插补不能跨象限的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种基于H-BOT结构的控制系统方法，包括以下步骤：

步骤1.系统初始化设置，按下按键，从串口输入数据至控制模块，使OLED进入系统主界面。

步骤2.控制模块对数据进行解析，包括提取字符串内指定字符开始的浮点数字，遇到非数字字符停止，并赋值给双精度浮点数value；控制模块对G代码进行解析。

步骤3.控制模块根据输入的指令，判断运动控制或舵机控制；

若为运动控制，则计算脉冲频率；

若为直线插补，则控制步进电机运动到指定位置，并由控制模块即下位机通过串口返回数据至上位机。

若为圆弧插补，则控制步进电机运动至指定位置，并由控制模块即下位机通过串口返回数据至上位机。

本发明进一步的技术方案是，H-BOT结构的控制系统包括：控制模块、OLED模块、独立按键、步进电机，