專利名稱：一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器涉及單片機(jī)及電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種適用于簡(jiǎn)易定位控制的三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)控制就是對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制管理，使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)主要基于數(shù)控、機(jī)器人等工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)而發(fā)展。近年來，隨著運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，運(yùn)動(dòng)控制器作為一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)自動(dòng)化控制類產(chǎn)品，已經(jīng)應(yīng)用在檢測(cè)、機(jī)加工、裝配等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。在檢驗(yàn)、測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)一些需要簡(jiǎn)易定位控制的行業(yè)，比如國(guó)內(nèi)大批的小型印制板生產(chǎn)廠家，常需要人工或自動(dòng)操縱放大顯示裝置前、后、上、下、左、右移動(dòng)，對(duì)印制電路板進(jìn)行人工檢驗(yàn)，而且需要操作簡(jiǎn)單方便。大量市場(chǎng)調(diào)研總結(jié)整理完成的用戶對(duì)于簡(jiǎn)易測(cè)量定位裝置所需具備的功能如表1 所示。表1簡(jiǎn)易測(cè)量定位控制器功能需求表功能名稱功能簡(jiǎn)介1手動(dòng)坐標(biāo)輔縫 m可任意 擇χ、Υ、ζ三個(gè)坐標(biāo)$_之一進(jìn)行手動(dòng)運(yùn)行,例如 χ輔"時(shí),準(zhǔn)備透擇黑方__機(jī)運(yùn)行，以此樊推。^手動(dòng)iiff手動(dòng)運(yùn)行時(shí).，使用一只#搖獻(xiàn)沖發(fā)生器(MPG)作為坐標(biāo)輔運(yùn)行的操控Λ當(dāng)操作工用手搖_ MPG時(shí)， 坐ΙΤ44運(yùn)行，停止搖動(dòng)MPG時(shí)坐標(biāo)tt停止運(yùn)行·^3手動(dòng)S行方_If合手動(dòng)坐標(biāo)輔選擇和MPG,嫛求方II實(shí)行簡(jiǎn)易的手動(dòng)三坐標(biāo)控制，Λ當(dāng)選擇X翁時(shí)，手動(dòng)順時(shí)針搖動(dòng)MPGi X軸正_移動(dòng)，逆時(shí)$+Η讓動(dòng)MPG時(shí)，X 輔負(fù)向運(yùn)行，停止搖動(dòng)MPG, X輔停止運(yùn)行s Y、 Z軸的運(yùn)行依此類*4J - _ι J· —·■ ^！ — 目項(xiàng)1T自動(dòng)運(yùn)行只嫛求能夠進(jìn)行《單的三坐標(biāo)直線插補(bǔ)定位ea過人挑操作界面輸入需要定位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，If “啟動(dòng)+”接鍵，控制器自動(dòng)接照頓置的逮率分鋼移動(dòng)X、Y、Z坐標(biāo)輔S達(dá)指定位置《5自動(dòng)運(yùn)行邏率自動(dòng)運(yùn)行時(shí)率可以通過參數(shù)預(yù)置6P·位ff護(hù)手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下增加「 位《護(hù) 施.當(dāng)澡作工不注纛將Χ_,ΙΕ肉移動(dòng)至正_極暖位置，此時(shí), 再順時(shí)針搖動(dòng)MPG, X輸終不會(huì)繼續(xù)霸正ft移動(dòng)， 但5J以逆向搖動(dòng)MPG,使X輔反向移動(dòng)，i|出極 P艮位置s反fl移動(dòng)至極R位置時(shí)也是如此《 HIS, Y、z_fe同樣Sit置_+位保護(hù)搶施。 「餐位保滬措 同樣適用于目動(dòng)運(yùn)行模式可通過參數(shù)預(yù)置變標(biāo)擾暖位置，當(dāng)要設(shè)置的預(yù)定自動(dòng)運(yùn)行坐標(biāo)超出極R參數(shù)僅時(shí)，控發(fā)出參數(shù)設(shè)置錯(cuò)i藥報(bào) Si提示修改》7人機(jī)操作界面作為霄舅測(cè)量定位控制裝置，盡量使用直觀、_ 的}i作方？去以,及數(shù)《顯示β 目前市場(chǎng)上能夠滿足上述要求的控制器有三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、通用運(yùn)動(dòng)控制器、 開放式運(yùn)動(dòng)控制器等產(chǎn)品。但即便是最簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)也具備模態(tài)指令、多指令共段、多種曲線插補(bǔ)、螺紋加工、自動(dòng)對(duì)刀、PLC等多種機(jī)能。在花費(fèi)了將近萬元代價(jià)購回的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)卻只使用了其極少的一點(diǎn)功能，有點(diǎn)大材小用，不經(jīng)濟(jì)。況且對(duì)于經(jīng)濟(jì)實(shí)力不是太雄厚的中小型企業(yè)而言，高檔的三坐標(biāo)控制器不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且價(jià)格不菲。對(duì)于一些控制要求簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度和精度要求不是很高的應(yīng)用場(chǎng)合，如何找到與之匹配的經(jīng)濟(jì)型運(yùn)動(dòng)控制器是目前檢測(cè)定位機(jī)械制造領(lǐng)域面臨的一個(gè)問題。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器的目的是針對(duì)上述問題，提供一種適用于簡(jiǎn)易定位控制的三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)模式下x、Y、z三個(gè)方向簡(jiǎn)易坐標(biāo)定位，手動(dòng)坐標(biāo)軸選擇，坐標(biāo)軸運(yùn)行限位保護(hù)等功能，滿足目前機(jī)加工、檢測(cè)等領(lǐng)域一些低端客戶的實(shí)際需要。—種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器包括控制盒、電路板、人機(jī)操作界面、手搖脈沖發(fā)生器MPG和相應(yīng)控制電路。人機(jī)操作界面具有 LED顯示屏和控制按鍵，人機(jī)操作界面和手搖脈沖發(fā)生器MPG設(shè)置在控制盒上，電路板安裝在控制盒內(nèi)，控制電路裝配在電路板上，所述的控制電路包括單片機(jī)、輸入信號(hào)電路部分、 輸出信號(hào)電路部分、手搖脈沖發(fā)生器MPG控制電路部分、LED顯示及按鍵電路部分和串行通訊接口電路部分，所述的各部分均為獨(dú)立的功能模塊，單片機(jī)電路與其它各部分功能電路模塊之間通過系統(tǒng)總線相連。所述的手搖脈沖發(fā)生器MPG采用市售的光電脈沖式手搖脈沖發(fā)生器。所述的控制按鍵包括數(shù)字輸入信號(hào)鍵和參數(shù)設(shè)置按鍵。單片機(jī)是一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器的核心，完成手動(dòng)輸入信號(hào)的計(jì)數(shù)、自動(dòng)定位坐標(biāo)位置的計(jì)算、電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的發(fā)送以及顯示、編輯、操作等人機(jī)接口功能。所述的單片機(jī)采用市售的ATMEL公司AVR Mega64單片機(jī)，該單片機(jī)體積小巧、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，同時(shí)具備內(nèi)置EEPROM的優(yōu)勢(shì)，方便存儲(chǔ)用戶設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)。輸入信號(hào)電路部分的信號(hào)主要包括啟動(dòng)、停止按鈕信號(hào)以及極限開關(guān)輸入信號(hào)等，輸入信號(hào)電路部分對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行處理。輸出信號(hào)電路部分的輸出信號(hào)包括步進(jìn)X、Y、Z軸的運(yùn)行方向、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)和外部動(dòng)作繼電器控制信號(hào)等。所述的輸出信號(hào)設(shè)置為光電隔離和達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)輸出，有效提高控制器的抗干擾能力和輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電流，可直接連接絕大部分負(fù)載電路，包括類似繼電器的感性負(fù)載。手搖脈沖發(fā)生器MPG控制電路部分用來提供脈沖信號(hào)以驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行，手搖盤控制電路部分包括鑒向電路和倍頻電路，鑒向電路提供方向識(shí)別信號(hào)，指使設(shè)備按預(yù)定方向運(yùn)行，倍頻電路主要用來將信號(hào)放大，使其小信號(hào)放大到系統(tǒng)所需要的信號(hào)。這些信號(hào)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操縱坐標(biāo)軸運(yùn)行。LED顯示及按鍵電路部分是本實(shí)用新型的人機(jī)接口部分，是顯示、編輯、操作等功能的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。利用AVR-Mega64單片機(jī)的主從式SPI串行接口，配合軟件編程，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài) LED數(shù)碼管顯示及按鍵掃描與處理功能。串行通訊接口電路部分是擴(kuò)展接口，提供和上位計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)的能力。比如通過上位機(jī)對(duì)控制器預(yù)置參數(shù)，將控制器實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置傳遞給上位機(jī)等。在所述的輸入信號(hào)電路部分和輸出信號(hào)電路部分設(shè)置有光電隔離電路，光電隔離電路可以增強(qiáng)控制器的抗干擾能力，在電隔離的情況下，以光為媒介傳送信號(hào)，對(duì)輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離。能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等好處。工作原理一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器在應(yīng)用時(shí)，可通過人機(jī)接口(顯示和按鍵)設(shè)置參數(shù)，結(jié)合控制盒上的控制按鍵操作，通過控制電路板輸出不同方向和不同速率的控制脈沖。[0019]本實(shí)用新型的有益效果在于本發(fā)明采用了單片機(jī)作為核心，由于單片機(jī)芯片內(nèi)部集成了 FLASH R0M、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、EEPR0M等各種必要功能和外設(shè)。它的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、易于安裝和調(diào)試，在滿足操作工藝流程要求的前提下，整臺(tái)控制器操作控制部分的成本只有百元左右， 達(dá)到了相當(dāng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)模式下X、Y、Z三個(gè)方向簡(jiǎn)易坐標(biāo)定位，手動(dòng)坐標(biāo)軸選擇，坐標(biāo)軸運(yùn)行限位保護(hù)等功能，滿足目前機(jī)加工、檢測(cè)等領(lǐng)域一些低端客戶的實(shí)際需要。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明圖1為本實(shí)用新型簡(jiǎn)易三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器原理框圖。圖2為本實(shí)用新型簡(jiǎn)易三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖廣2，本實(shí)用新型一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器包括控制盒、電路板、人機(jī)操作界面、手搖脈沖發(fā)生器MPG和相應(yīng)控制電路。人機(jī)操作界面具有LED顯示屏和控制按鍵，人機(jī)操作界面和手搖脈沖發(fā)生器MPG設(shè)置在控制盒上，電路板安裝在控制盒內(nèi)，控制電路裝配在電路板上，所述的控制電路包括單片機(jī)1、輸入信號(hào)電路部分2、輸出信號(hào)電路部分3、 手搖脈沖發(fā)生器MPG控制電路部分4、LED顯示及按鍵電路部分5和串行通訊接口電路部分 6，所述的各部分均為獨(dú)立的功能模塊，單片機(jī)1電路與其它各部分功能電路模塊之間通過系統(tǒng)總線相連。所述的手搖脈沖發(fā)生器MPG采用市售的光電脈沖式手搖脈沖發(fā)生器。所述的控制按鍵包括數(shù)字輸入信號(hào)鍵和參數(shù)設(shè)置按鍵。單片機(jī)1是一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器的核心，完成手動(dòng)輸入信號(hào)的計(jì)數(shù)、自動(dòng)定位坐標(biāo)位置的計(jì)算、電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的發(fā)送以及顯示、編輯、操作等人機(jī)接口功能。所述的單片機(jī)采用市售的ATMEL公司AVR Mega64單片機(jī)，該單片機(jī)體積小巧、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，同時(shí)具備內(nèi)置EEPROM的優(yōu)勢(shì)，方便存儲(chǔ)用戶設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)。輸入信號(hào)電路部分2的信號(hào)主要包括啟動(dòng)、停止按鈕信號(hào)以及極限開關(guān)輸入信號(hào)等，輸入信號(hào)電路部分對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行處理。輸出信號(hào)電路部分3的輸出信號(hào)包括步進(jìn)X、Y、Z軸的運(yùn)行方向、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)和外部動(dòng)作繼電器控制信號(hào)等。所述的輸出信號(hào)設(shè)置為光電隔離和達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)輸出， 有效提高控制器的抗干擾能力和輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電流，可直接連接絕大部分負(fù)載電路，包括類似繼電器的感性負(fù)載。手搖脈沖發(fā)生器MPG控制電路部分4用來提供脈沖信號(hào)以驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行，手搖脈沖發(fā)生器MPG控制電路部分4包括鑒向電路和倍頻電路，鑒向電路提供方向識(shí)別信號(hào)，指使設(shè)備按預(yù)定方向運(yùn)行，倍頻電路主要用來將信號(hào)放大，使其小信號(hào)放大到系統(tǒng)所需要的信號(hào)。這些信號(hào)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操縱坐標(biāo)軸運(yùn)行。LED顯示及按鍵電路部分5是本實(shí)用新型的人機(jī)接口部分，是顯示、編輯、操作等功能的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)。利用AVR-Mega64單片機(jī)的主從式SPI串行接口，配合軟件編程，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)LED數(shù)碼管顯示及按鍵掃描與處理功能。串行通訊接口電路部分6是擴(kuò)展接口，提供和上位計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)的能力。 比如通過上位機(jī)對(duì)控制器預(yù)置參數(shù)，將控制器實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置傳遞給上位機(jī)等。在所述的輸入信號(hào)電路部分2和輸出信號(hào)電路部分3設(shè)置有光電隔離電路，光電隔離電路可以增強(qiáng)控制器的抗干擾能力，在電隔離的情況下，以光為媒介傳送信號(hào)，對(duì)輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離。能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等好處。
權(quán)利要求1.一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于包括控制盒、電路板、人機(jī)操作界面、手搖脈沖發(fā)生器MPG和控制電路，人機(jī)操作界面具有LED顯示屏和控制按鍵，人機(jī)操作界面和手搖脈沖發(fā)生器MPG設(shè)置在控制盒上，電路板安裝在控制盒內(nèi)，控制電路裝配在電路板上，所述的控制電路包括單片機(jī)、輸入信號(hào)電路部分、輸出信號(hào)電路部分、手搖脈沖發(fā)生器MPG控制電路部分、LED顯示及按鍵電路部分和串行通訊接口電路部分，所述的各部分均為獨(dú)立的功能模塊，單片機(jī)電路與其它各部分功能電路模塊之間通過系統(tǒng)總線相連；輸入信號(hào)電路部分的信號(hào)包括啟動(dòng)、停止按鈕信號(hào)以及極限開關(guān)輸入信號(hào)；輸出信號(hào)電路部分的輸出信號(hào)包括步進(jìn)X、Y、Z軸的運(yùn)行方向、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)和外部動(dòng)作繼電器控制信號(hào)；手搖盤控制電路部分包括鑒向電路和倍頻電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于所述的手搖脈沖發(fā)生器 MPG采用光電脈沖式手搖脈沖發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于所述的控制按鍵包括數(shù)字輸入信號(hào)鍵和參數(shù)設(shè)置按鍵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于所述的單片機(jī)采用 ATMEL公司AVR Mega64單片機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于所述的輸出信號(hào)設(shè)置為光電隔離和達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于在所述的輸入信號(hào)電路部分和輸出信號(hào)電路部分設(shè)置有光電隔離電路。
專利摘要本實(shí)用新型一種三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器涉及單片機(jī)及電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種簡(jiǎn)易定位控制的三坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器。包括控制盒、電路板、人機(jī)操作界面、手搖脈沖發(fā)生器MPG和控制電路，人機(jī)操作界面具有LED顯示屏和控制按鍵，人機(jī)操作界面和手搖脈沖發(fā)生器MPG設(shè)置在控制盒上，電路板安裝在控制盒內(nèi)，控制電路裝配在電路板上，控制電路包括單片機(jī)、輸入信號(hào)電路部分、輸出信號(hào)電路部分、手搖脈沖發(fā)生器MPG控制電路部分、LED顯示及按鍵電路部分和串行通訊接口電路部分，各部分均為獨(dú)立的功能模塊，單片機(jī)電路與其它各部分功能電路模塊之間通過系統(tǒng)總線相連。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、易于安裝和調(diào)試。
文檔編號(hào)G05B19/042GK201955650SQ20112005365
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者侯立功, 屈寅春, 胡小勇, 鄒曄 申請(qǐng)人:無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院