三维控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明三维控制装置涉及一种用于控制物体在三维空间内移动的装置。其目的是为了提供一种结构简单、操作方便的三维控制装置。本发明包括：机架、X向丝杠、Y向丝杠、Z向丝杠、X向滑块、Y向滑块、Z向滑块、单片机和驱动器；X向丝杠轴向固定于机架上；X向滑块与所述X向丝杠配合形成X向丝杠副；所述Y向丝杠轴向固定于所述X向滑块上；所述Y向滑块与所述Y向丝杠配合形成Y向丝杠副；所述Z向丝杠轴向固定于所述Y向滑块上；所述Z向滑块与所述Z向丝杠配合形成Z向丝杠副；所述X向丝杠、Y向丝杠和Z向丝杠分别由对应步进电机驱动；所述单片机的输出端与所述驱动器的输入端相连；所述驱动器的输出端与所述步进电机的控制输入端相连。
【专利说明】
三维控制装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种控制装置，特别是涉及一种用于用于控制物体在三维空间内移动的装置。
【背景技术】
[0002]随着科技发展和军工研发的需求，对多轴测试台的要求越来越高，首先是要求定位精度高，其次是运动轴数多，当这两项指标的要求达到一定程度后，尤其是当转动轴数继续增加时，利用现有市场所能提供的技术进行搭建，高精度的多轴测试台的实现将越来越困难。中国专利CN204818287U公开了一种三维机构，该三维机构中Z轴电机通过同步齿形带连接Z轴丝杠，Z轴丝杠、两个Z轴导轨相互平行安装在机架上，Z轴丝杠位于两个Z轴导轨之间，Z轴导轨上安装拖板，Z轴丝杠上的滑块与拖板连接，拖板为其上面有大方孔的连接板，拖板上安装X轴丝杠和两个X轴导轨，X轴丝杠位于两个X轴导轨之间，三者相互平行，连接在拖板上的X轴电机通过同步齿形带连接X轴丝杠，X轴导轨上安装转轴座，X轴丝杠上的滑块与转轴座连接。
[0003]在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题:
[0004]现有三维控制装置结构较为复杂，从而导致操作程序复杂，且容易出错；
[0005]现有三维控制装置定位精度较低，且定位过程中容易产生晃动，设备稳定性较差。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作稳定的三维控制装置。
[0007]本发明一种三维控制装置，包括:机架、X向丝杠、Y向丝杠、Z向丝杠、X向滑块、Y向滑块、Z向滑块、单片机和驱动器；
[0008]所述X向丝杠轴向固定于所述机架上;所述X向滑块与所述X向丝杠配合形成X向丝杠副;所述Y向丝杠轴向固定于所述X向滑块上;所述Y向滑块与所述Y向丝杠配合形成Y向丝杠副;所述Z向丝杠轴向固定于所述Y向滑块上;所述Z向滑块与所述Z向丝杠配合形成Z向丝杠副;所述X向丝杠、Y向丝杠和Z向丝杠分别由对应步进电机驱动；
[0009]所述单片机的输出端与所述驱动器的输入端相连;所述驱动器的输出端与所述步进电机的控制输入端相连;单片机控制各丝杠副之间的功率关系保持为:Ρχ = 1.5*PZ，Py =
1.25*PZ，其中Px为X向丝杠副的作业功率，Py为Y向丝杠副的作业功率，Pz为Z向丝杠副的作业功率。
[0010]本发明一种三维控制装置，其中于机架上还设置有X向导轨，所述X向导轨与所述X向滑块配合形成导轨副。
[0011]本发明一种三维控制装置，其中于所述X向丝杠、Y向丝杠和Z向丝杠预设位置处设置有限位开关。
[0012]本发明一种三维控制装置，还包括上位机，所述上位机与所述单片机双向连接。
[0013]本发明一种三维控制装置，其中所述步进电机的步距角为1.5°，所述驱动器对步进电机的细分程度为8。
[0014]本发明一种三维控制装置与现有技术不同之处在于本发明一种三维控制装置通过三个丝杠副分别在X、Y、Z方向上定位，其中X向丝杠副用于在X方向上定位，Y向丝杠副用于在Y方向上定位，Z向丝杠副用于在Z方向上定位;三个丝杠副各司其职，彼此独立，简化了操作过程;另外，通过单片机对三个丝杠副的作业功率进行关系限定，进而使得三个丝杠副在运行过程中彼此协调，最大程度上降低了装置整体的晃动，避免了各滑块与对应丝杠之间的非正常应力产生，延长了设备的使用寿命。
[0015]下面结合附图对本发明一种三维控制装置作进一步说明。
【附图说明】
[0016]图1为本发明一种三维控制装置的结构示意图；
[0017]图2为本发明一种三维控制装置中丝杠副组合后的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本发明一种三维控制装置，包括:机架1、Χ向丝杠2、Υ向丝杠4、Ζ向丝杠
6、Χ向滑块3、Υ向滑块5和Z向滑块74向丝杠2轴向固定于机架上;X向滑块3与X向丝杠2配合形成X向丝杠副;Y向丝杠4轴向固定于X向滑块3上;Y向滑块5与Y向丝杠4配合形成Y向丝杠副;Z向丝杠6轴向固定于Y向滑块5上;Z向滑块7与Z向丝杠6配合形成Z向丝杠副。
[0019]本发明中的X向丝杠2、Υ向丝杠4和Z向丝杠6分别由一个步进电机驱动。本发明还包括上位机、单片机和驱动器。上位机与单片机双向连接;单片机的输出端与驱动器的输入端相连;驱动器的输出端与步进电机的控制输入端相连;其中，上位机用于向单片机发送上层指令;单片机作为整个系统的主控单元，主要是负责产生指定频率脉冲以及控制脉冲的个数。驱动器起到两个作用:其一，按照单片机指定的脉冲频率和脉冲个数对步进电机形成驱动；其二，用来对步进电机的步距角进行细分，消除电机的低频振荡，提高本发明的稳定性;其中所谓的步距角细分就是减小步距角，在不细分的情况下，本发明的步距角是1.5度，2细分之后就变成了0.75度，以此类推，本发明中的驱动器对步进电机细分程度为8。本发明中的驱动器用于对步进电机的步距角进行细分，消除了电机的低频振荡，提高了本发明的稳定性。
[0020]本发明中单片机控制各丝杠副之间的功率关系保持为:Px=1.5*PZ，Py = 1.25*PZ，其中Px为X向丝杠副的作业功率，Py为Y向丝杠副的作业功率，Pz为Z向丝杠副的作业功率。通过单片机对三个丝杠副的作业功率进行关系限定，进而使得三个丝杠副在运行过程中彼此协调，最大程度上降低了装置整体的晃动，避免了各滑块与对应丝杠之间的非正常应力产生，延长了设备的使用寿命。
[0021]本发明中的步进电机都是采用开环控制的方法，没有位置的反馈，所以处于安全的考虑，本发明于X向丝杠2、Y向丝杠4和Z向丝杠6预设位置处设置有限位开关，当物体运动到限位而触碰到限位开关时自动切断供电。
[0022]进一步地，本发明于机架上还设置有X向导轨，X向导轨与X向滑块配合形成导轨副；于Y向滑块上设置有滑槽，Y向滑块上的滑槽与X向滑块滑块配合形成滑动副；于Z向滑块上设置有滑槽，Z向滑块上的滑槽与Y向滑块滑块配合形成滑动副。诸多滑动副的引入，进一步地提升了本发明的稳定性。
[0023]本发明三维控制装置的使用过程如下:
[0024]首先将待定位对象8装配于Z向滑块的自由端处;然后上位机向单片机发送定位指令;单片机向驱动器产生指定频率脉冲以及控制脉冲的个数;驱动器按照单片机指定的脉冲频率和脉冲个数对各步进电机形成驱动，从而对X向丝杠副、Y向丝杠副和Z向丝杠副形成驱动，完成精确定位。
[0025]本发明一种三维控制装置与现有技术不同之处在于本发明一种三维控制装置通过三个丝杠副分别在X、Y、Z方向上定位，其中X向丝杠副用于在X方向上定位，Y向丝杠副用于在Y方向上定位，Z向丝杠副用于在Z方向上定位;三个丝杠副各司其职，彼此独立，简化了操作过程。
[0026]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种三维控制装置，包括:机架、X向丝杠、Y向丝杠、Z向丝杠、X向滑块、Y向滑块、Z向滑块、单片机和驱动器； 所述X向丝杠轴向固定于所述机架上；所述X向滑块与所述X向丝杠配合形成X向丝杠副;所述Y向丝杠轴向固定于所述X向滑块上;所述Y向滑块与所述Y向丝杠配合形成Y向丝杠副;所述Z向丝杠轴向固定于所述Y向滑块上;所述Z向滑块与所述Z向丝杠配合形成Z向丝杠畐Ij;所述X向丝杠、Y向丝杠和Z向丝杠分别由对应步进电机驱动； 所述单片机的输出端与所述驱动器的输入端相连;所述驱动器的输出端与所述步进电机的控制输入端相连;单片机控制各丝杠副之间的功率关系保持为:Px= 1.5*PZ，Py= 1.25*Pz，其中Px为X向丝杠副的作业功率，Py为Y向丝杠副的作业功率，Pz为Z向丝杠副的作业功率。2.根据权利要求1所述的一种三维控制装置，其特征在于:于机架上还设置有X向导轨，所述X向导轨与所述X向滑块配合形成导轨副。3.根据权利要求1所述的一种三维控制装置，其特征在于:于所述X向丝杠、Y向丝杠和Z向丝杠预设位置处设置有限位开关。4.根据权利要求1所述的一种三维控制装置，其特征在于:还包括上位机，所述上位机与所述单片机双向连接。5.根据权利要求1所述的一种三维控制装置，其特征在于:所述步进电机的步距角为.1.5°，所述驱动器对步进电机的细分程度为8。
【文档编号】G05D1/10GK105867233SQ201610243360
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】谢广明, 付如彬, 刘安全, 李亮, 王晨, 范瑞峰
【申请人】北京大学