专利名称：采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器的制作方法
技术领域：
采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器属于二维运动模拟技术领域。
发明目的本发明的目的在于提供一种都由步进电机驱动且能在垂直于地面的圆弧面中作任意轨迹运动的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器。它的X轴为弧形导轨，可更逼真地模拟球面运动，采用步进电机带动齿轮，齿轮和弧形轨道上的弧形齿条啮合，带动系统作柱面二维运动。
本发明的特征在于它含有用支架垂直固定在地面上的横梁，与横梁相连接的方位运动模拟机构含有嵌在横梁上的弧形齿条，经齿轮传动机构和齿条相连且安装在定位座上的X向步进电机；俯仰运动模拟机构含有带有轴承式滑块且固定在横梁上的弧形导轨，安装在定位座上且与轴承式滑块固接的Y向步进电机，由受Y向步进电机驱动的钢绳、与钢绳滑动连接的上下两个滑轮构成的滑轮传动机构、供与钢绳相连的模拟目标作俯仰运动用的直线导轨以及支架。所述的X向步进电机经X向步进电机驱动器与受控于工控机的可编程逻辑控制器PLC相连。所述的Y向步进电机经Y向步进电机驱动器与受控于工控机的可编程逻辑控制器PLC相连。所述的工控机和可编程逻辑控制器PLC是X、Y向步进电机及它们的驱动器所共用的。在所述的横梁上装有一个与可编程逻辑控制器PLC的位置反馈信号输入端相连的X向接近开关。在所述的直线导轨上装有一个与可编程逻辑控制器PLC的位置反馈信号输入端相连的Y向接近开关。在所述的直线导轨上装有垂直位置标尺。在所述的直线导轨上装有定位磁块。在所述的直线导轨上装有防撞块。在所述的横梁上装有防撞块。在所述的俯仰运动模拟机构中，所述的直线导轨上下两个滑轮都装在一个所述的俯仰运动用的支架上。所述的定位座固定在俯仰运动用的支架上。
使用说明它可达到预期目的。
图1本发明所述的二维运动模拟器主视2本发明所述的二维运动模拟器侧视3本发明所述的二维运动模拟器俯视4本发明所述的二维运动模拟器的系统电路原理框5本发明所述的二维运动模拟器的系统电路原理6弧形齿条结构示意图6(a)-俯视图，6(b)-主视图，6(c)-A-A剖视图再见图4。PC是工控机，采用Pentium200MHz的CPU。PLC是日本松下公司的可编程逻辑控制器FP0-C16T，它有两个可用作步进电机控制的脉冲输出端口，其它的I/O口足以满足控制系统对位置反馈信号等的输入和输出要求。PLC中有一个脉冲发出器和一个分频器。通过脉冲发生器，PLC可产生40～10kHz占空比为10％～90％的方波脉冲。通过分频器，PLC可以将脉冲发生器发出的高频脉冲分为两路低频脉冲，由两个不同的频道，分别输送给X轴和Y轴步进电机驱动器。另外，PLC中还有两个内部高速计数器，它们可以把两个频道发出的脉冲个数分别记录下来。通过不断地读取这两个计数器的数值，就可以知道两个轴的步进电机分别走了多少步，进而得到喇叭的实际位移。X轴和Y轴的接近开关信号分别接在PLC上两个不同的硬中断触发端口。当接近开关发出信号给PLC时，只要中断控制字被置位，PLC中与之对应的中断服务程序就开始运行，以实际的位置信号对计数器中的位移量进行校正。X、Y轴步进电机都是日本三洋公司的RM59A2D型，它与其配套的RD-053MS型驱动器共同构成模拟目标的驱动系统。步进电机的步距角是0.72°/步，可以在整步～1/400步之间任意选择步距角，即使电机转速很低，仍可以保持平滑运动。整步运动方式下，电机的转速范围是3.6°/s～64800°/s，最高速与最低速之比为18000。电机速度为20.0°/s，转矩为12kg·cm。
通过齿轮5、弧形齿条6、弧形导轨18，步进电机的旋转运动被转换为沿弧形轨道的弧线运动。在喇叭的低速运行下，对步进电机作了40细分，高速运行时，电机以整步运行。
图5是相应的电路原理图。
由此可见，本发明在X方向使用了弧形导轨18和弧形齿条6便于用两个步进电机实现垂直于地面的弧面上任意轨迹的运动。
权利要求
1.采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器含有二维运动模拟机构，其特征在于，它含有用支架垂直固定在地面上的横梁，与横梁相连接的方位运动模拟机构含有嵌在横梁上的弧形齿条，经齿轮传动机构和齿条相连且安装在定位座上的X向步进电机；俯仰运动模拟机构含有带有轴承式滑块且固定在横梁上的弧形导轨，安装在定位座上且与轴承式滑块固接的Y向步进电机，由受Y向步进电机驱动的钢绳、与钢绳滑动连接的上下两个滑轮构成的滑轮传动机构、供与钢绳相连的模拟目标作俯仰运动用的直线导轨以及支架。
2.根据权利要求1所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器，其特征在于所述的X向步进电机经X向步进电机驱动器与受控于工控机的可编程逻辑控制器PLC相连。
3.根据权利要求1所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器，其特征在于所述的Y向步进电机经Y向步进电机驱动器与受控于工控机的可编程逻辑控制器PLC相连。
4.根据权利要求1或2或3所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器其特征在于所述的工控机和可编程逻辑控制器PLC是X、Y向步进电机及它们的驱动器所共用的。
5.根据权利要求1或2所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器其特征在于在所述的横梁上装有一个与可编程逻辑控制器PLC的位置反馈信号输入端相连的X向接近开关。
6.根据权利要求1或3所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器，其特征在于在所述的直线导轨上装有一个与可编程逻辑控制器PLC的位置反馈信号输入端相连的Y向接近开关。
7.根据权利要求1所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器，其特征在于在所述的直线导轨上装有垂直位置标尺。
8.根据权利要求1所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器，其特征在于在所述的直线导轨上装有定位磁块。
9.根据权利要求1所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器，其特征在于在所述的直线导轨上装有防撞块。
10.根据权利要求1所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器，其特征在于在所述的横梁上装有防撞块。
11.根据权利要求1所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器，其特征在于在所述的俯仰运动模拟机构中，所述的直线导轨上下两个滑轮都装在一个所述的俯仰运动用的支架上。
12.根据权利要求1所述的采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器，其特征在于所述的定位座固定在俯仰运动用的支架上。
全文摘要
采用柱面二维坐标系的全步进电机式二维运动模拟器属于二维运动模拟技术领域，其特征在于，它含有用支架固定在地面上的横梁，与横梁相连的方位和俯仰运动的模拟机构，前者含有嵌在横梁上的弧形齿条，经齿轮和齿条啮合连接且装在定位座上的X向步进电机；后者含有带有轴承式滑块且固定在横梁上的弧形导轨，安装在定位座上且与上述滑块固接的Y向步进电机，由受Y向步进电机驱动的钢绳、与钢绳滑动连接的滑轮构成的传动机构、供与钢绳相连的模拟目标作俯仰运动用的直线导轨以及支架。直线导轨上还装有定位磁块和防撞块。还有各向接近开关。二维运动模拟器中的X、Y向步进电机经各自的驱动器与受控于工控机的可编程逻辑控制器相连，在它的控制下，可在垂直于地面的弧面上作任何轨迹的运动。
文档编号G05B19/04GK1467592SQ0215387
公开日2004年1月14日 申请日期2002年12月6日 优先权日2002年7月12日
发明者蒋晓华, 朱晓光, 赖永传, 张晓英, 曹旭东, 沈康 申请人:清华大学, 中国空空导弹研究院