一种三维运动装置制造方法及图纸

一种三维运动装置，包括底板、高精度直线电机、滑台、电机驱动器、电源模块、STM32单片机最小系统、主控制器PC等；采用高精度直线电机驱动，响应快、精度高；三维运动装置的X方向上采用2个直线电机承载上部结构，装置结构稳定；电源模块与电机驱动器及子控制器STM32单片机最小系统分层放置，使三维运动装置结构更紧凑。三维运动装置控制器采用PC作为主控制器，单个STM32单片机最小系统作为子控制器，减少了外部接线，可靠性高，部件通用性强，更换方便，而且主控制器PC能够实时显示装置的运行轨迹，可直观展现运动滑台的运行情况。

Three dimensional movement device

A three-dimensional motion device, comprising a base plate, high precision linear motor, slide, motor drive, power supply module, STM32 SCM system, the main controller PC; adopts high precision linear motor drive, fast response and high precision; the X direction of the three-dimensional motion device on the 2 linear motor bearing structure, device structure stability; the power supply module and motor driver and controller STM32 SCM system is placed in different layers to make 3D motion device more compact structure. The 3D motion controller uses PC as the main controller, single STM32 SCM system as the sub controller, reducing external wiring, high reliability components, strong versatility, convenient replacement, and the main controller PC can display the running track device, can directly show the running situation of the slide movement.

【技术实现步骤摘要】
一种三维运动装置
本技术涉及一种运动装置，尤其涉及一种基于PC及STM32单片机的三维运动装置。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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。本技术的工作原理：(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。本技术的有益效果是：本技术采用高精度直线电机驱动，响应快、精度高；三维运动装置的X方向上采用2个直线电机承载上部结构，装置结构稳定；电源模块与电机驱动器及子控制器STM32单片机最小系统分层放置，使三维运动装置结构更紧凑。三维运动装置控制器采用PC作为主控制器，单个STM32单片机最小系统作为子控制器，减少了外部接线，可靠性高，部件通用性强，更换方便，而且主控制器PC能够实时显示装置的运行轨迹，可直观展现运动滑台的运行情况。附图说明图1是本技术三维运动装置结构示意图；图2是本技术的系统框图。附图标记：直线电机Ⅰ1、直线电机Ⅱ2、直线电机Ⅲ3、直线电机Ⅳ4、丝杠5、运动滑台Ⅰ6、运动滑台Ⅱ7、运动滑台Ⅲ8、运动滑台Ⅳ9、电源模块10、电机驱动器Ⅰ11、电机驱动器Ⅱ12、电机驱动器Ⅲ13、电机驱动器Ⅳ14、STM32单片机最小系统15、USB串行总线16、主控制器PC17、底板18、参考点19。具体实施方式实施例1：一种三轴运动装置，包括：直线电机Ⅰ1、直线电机Ⅱ2、直线电机Ⅲ3、直线电机Ⅳ4、丝杠5、运动滑台Ⅰ6、运动滑台Ⅱ7、运动滑台Ⅲ8、运动滑台Ⅳ9、电源模块10、电机驱动器Ⅰ11、电机驱动器Ⅱ12、电机驱动器Ⅲ13、电机驱动器Ⅳ14、STM32单片机最小系统15、USB串行总线16、主控制器PC17、底板18、参考点19；X方向的直线电机Ⅰ1和直线电机Ⅱ2固定于底板18上，Y方向的直线电机Ⅲ3的两端分别固定在运动滑台Ⅰ6和运动滑台Ⅱ7上，且与X方向垂直，运动滑台Ⅲ8安装在Y方向的直线电机Ⅲ3上，运动滑台Ⅳ9安装在Z方向的直线电机Ⅳ4上，Z方向的直线电机Ⅳ4一端固定在运动滑台Ⅲ8上，且同时与X及Y方向垂直，直线电机Ⅰ1、直线电机Ⅱ2、直线电机Ⅲ3、直线电机Ⅳ4均通过丝杠5传动，运动滑台Ⅳ9上设有参考点19，电机驱动器Ⅰ11、电机驱动器Ⅱ12、电机驱动器Ⅲ13、电机驱动器Ⅳ14以及STM32单片机最小系统15分别安装在底板18后部的表面上，电源模块10在电机驱动器Ⅰ11上方，主控制器PC17放置在底板18一侧，并通过USB串行总线16与STM32单片机最小系统15连接。实施例2：一种三轴运动装置，各个模块的电连接方式如附图2所示。主控制器PC17通过USB串行总线16与子控制器STM32单片机最小系15电连接实现双向通信；STM32单片机分别与电机驱动器11、12、13、14电连接；电机驱动器12、14分别与X方向的直线电机1、2电连接；电机驱动器11与Y方向的直线电机3电连接；电机驱动器13与Z方向的直线电机4电连接。电源模块10用于对电机驱动器及子控制器STM32单片机最小系统供电。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三轴运动装置，其特征在于：包括：直线电机Ⅰ(1)、直线电机Ⅱ(2)、直线电机Ⅲ(3)、直线电机Ⅳ(4)、丝杠(5)、运动滑台Ⅰ(6)、运动滑台Ⅱ(7)、运动滑台Ⅲ(8)、运动滑台Ⅳ(9)、电源模块(10)、电机驱动器Ⅰ(11)、电机驱动器Ⅱ(12)、电机驱动器Ⅲ(13)、电机驱动器Ⅳ(14)、STM32单片机最小系统(15)、USB串行总线(16)、主控制器PC(17)、底板(18)、参考点(19)；X方向的直线电机Ⅰ(1)和直线电机Ⅱ(2)固定于底板(18)上，Y方向的直线电机Ⅲ(3)的两端分别固定在运动滑台Ⅰ(6)和运动滑台Ⅱ(7)上，且与X方向垂直，运动滑台Ⅲ(8)安装在Y方向的直线电机Ⅲ(3)上，运动滑台Ⅳ(9)安装在Z方向的直线电机Ⅳ(4)上，Z方向的直线电机Ⅳ(4)一端固定在运动滑台Ⅲ(8)上，且同时与X及Y方向垂直，直线电机Ⅰ(1)、直线电机Ⅱ(2)、直线电机Ⅲ(3)、直线电机Ⅳ(4)均通过丝杠(5)传动，运动滑台Ⅳ(9)上设有参考点(19)，电机驱动器Ⅰ(11)、电机驱动器Ⅱ(12)、电机驱动器Ⅲ(13)、电机驱动器Ⅳ(14)以及STM32单片机最小系统(15)分别安装在底板(18)后部的表面上，电源模块(10)在电机驱动器Ⅰ(11)上方，主控制器PC(17)放置在底板(18)一侧，并通过USB串行总线(16)与STM32单片机最小系统(15)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种三轴运动装置，其特征在于：包括：直线电机Ⅰ(1)、直线电机Ⅱ(2)、直线电机Ⅲ(3)、直线电机Ⅳ(4)、丝杠(5)、运动滑台Ⅰ(6)、运动滑台Ⅱ(7)、运动滑台Ⅲ(8)、运动滑台Ⅳ(9)、电源模块(10)、电机驱动器Ⅰ(11)、电机驱动器Ⅱ(12)、电机驱动器Ⅲ(13)、电机驱动器Ⅳ(14)、STM32单片机最小系统(15)、USB串行总线(16)、主控制器PC(17)、底板(18)、参考点(19)；X方向的直线电机Ⅰ(1)和直线电机Ⅱ(2)固定于底板(18)上，Y方向的直线电机Ⅲ(3)的两端分别固定在运动滑台Ⅰ(6)和运动滑台Ⅱ(7)上，且与X方向垂直，运动滑台Ⅲ(8)安装在Y方...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建民，尹洪妍，陈刚，刘军民，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：新型
国别省市：江西,36