论文总字数：17723字

摘 要

通用二维运动平台是诸多机电一体化设备的基本部件，主要由机械结构部分、运动控制部分以及闭环控制中传感反馈部分组成，是多领域、多学科技术的结合，是数控技术的重要组成，对工业和社会的发展有着重要作用。本课题针对课程教学演示需求，设计了一个二维运动平台，该平台在教学中能起到结构展示、运动分析和编程应用等功能，让学生更直观、全面地学习掌握数控技术，能起到辅助教学的作用。

论文的主要工作如下：

首先，在进行功能分析的基础上，对二维运动平台进行了总体设计，确定了以丝杆传动作为传动方式，以控制处理器开环控制驱动器驱动步进电机的总体方案。

其次，详细设计了机械结构部分，设计中梯形丝杠用带座轴承两端轴向固定，用弹性联轴器连接电机轴。同时，用直线光杆作为导轨，起到限制自由度和导向作用。

然后，对运动控制模块和控制程序进行了设计。该平台采用开环控制，以Arduino Mega 2560开发板作为控制处理器控制A4988步进电机驱动器驱动42步进电机。控制算法上采用逐点比较法，编写了直线插补和圆弧差补算法程序，在控制中通过直线和圆弧插补进给完成指令编写的轨迹。

最后，进行了平台的二维运动实验，实验结果表明，所设计的二维运动平台可以达到预期的精度和性能要求，满足辅助教学的应用场景。

关键词：数控技术；二维运动平台；控制；插补

The Structure Design and Control Realization of Tow-dimensional motion platform

Abstract

General two-dimensional motion platform is the basic component of the electromechanical integration equipment，is mainly combined with mechanical structure parts，motion control parts and sensing feedback closed-loop control parts，is the combination of multidisciplinary and multidisciplinary technology，is the important part in the numerical control technology, plays an important role on the development of industry and society．This subject design a two-dimensional motion platform as teaching requirements，the platform can show the structure，analysis the motion and program in the teaching structure．It can help students more intuitively and comprehensively master CNC technology and is helpful for the teaching.

The paper includes the following three main task：

Firstly，on the basis of the analysis about function，do the overall design of the two-dimensional motion platform. Determine the overall scheme that use the lead screw driver as the driving way，and control the stepper motors by open-loop control．

Secondly, design the detail of the mechanical structure．The trapezoidal screws are arranged by bearing on axial fixation and are connected to motor shaft by elastic coupling． At the same time, use the linear polished rod as a guide，limiting the freedom and guiding role.

Then, design the motion control module and a control program．The platform adopts the open loop control and the Arduino Mega 2560 board as control processor controls the two A4988 drivers to drive the 42 stepper motors．Point by point comparison method is adopted in the algorithm，write the linear interpolation and circular interpolation programs．

Finally, do the experiment about the platform, the experimental results show that the two-dimensional motion platform can achieve the requirements of desired accuracy and performance　and meet the application of auxiliary teaching.

Keywords: CNC；Two-dimensional motion platform；Control；Interpolation

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 背景及意义 1

1.2 现状与发展动态 1

1.3 设计内容与目的 2

第二章 二维运动平台总体方案设计 3

2.1需求分析 3

2.2结构总体设计 3

2.3控制方式总体设计 3

第三章 二维运动平台机械结构设计 4

3.1 设计要求 4/

3.2 导轨设计 4

3.3 传动方式 4

3.4 机械结构设计 5

第四章 二维运动平台电路控制设计 7

4.1 Arduino Mega 2560开发板 7

4.2 步进电机 7

4.3 步进电机驱动器 8

4.4 实物连接 9

4.5 串口通信 10

第五章 二维运动平台控制程序设计 11

5.1 指令输入 11

5.2 指令处理 11

5.2.1坐标获取 11

5.2.2 指令的分析处理 12

5.3 插补函数 13

5.3.1 插补函数简介 13

5.3.2 逐点比较法 15

5.3.3 逐点比较法直线插补 15

5.3.4 逐点比较法圆弧插补 18

5.4 主函数 21

5.5 实验与验证 22

第六章 总结 25

第七章 致谢 26

第八章 参考文献 27

第九章 附录 28

9.1 机械设计装配图及零件图 28

9.2 控制电路连接图 28

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17723字