摘 要

高精度三轴运动平台广泛应用在科学研究和医学等领域，本文在总结国内外三轴运动平台研究现状的基础上，根据课题研究对医学领域的需求，开展高精度三轴运动平台的研制工作。

本文阐述了多种三轴运动平台的设计方法，结合三轴运动平台的结构特点，通过SolidWorks模拟仿真技术，详细地分析比较了各误差项对运动平台指向精度和位置精度的影响，从而为三轴运动平台的精度设计、误差分配和误差补偿打下基础。

对三轴运动平台的功能需求进行分析，阐述了运动平台的总体结构设计方案，详细介绍了各轴系的尺寸结构、支承方式和零部件配置方案。随后介绍了基于SolidWorks软件平台对三轴运动平台的机械结构进行运动分析，并对部件的仿真结果进行了干涉和运动分析。

根据三轴运动平台的控制系统需求，介绍了控制系统的组成和整体方案。阐述了采用PLC运动控制卡的方式对控制系统拟定整合。利用PID运动控制卡的外置接口、多线程技术和串口通信协议编写了控制卡的控制程序。

关键词： 高精度 三轴运动 模拟仿真 位置精度 运动分析 控制系统

Abstract

High precision three axis motion platform is widely used in the field of medical and scientific research, this paper, on the basis of summarizing the three-axis motion platform research based on, according to research in the field of medical needs, to carry out the development of high precision three axis motion platform.

In this paper, the variety of three-axis motion platform design method, combined with the structural characteristics of the three-axis motion platform, through the use of SolidWorks simulation technology, detailed analysis and comparison of the error of moving platform pointing accuracy and position accuracy of the effect, so as to lay the foundation for the precision design of three-axis motion platform, error distribution and error compensation.

The functional requirements of the three axis motion platform are analyzed, and the overall structure design of the motion platform is described. The size structure, supporting mode and the configuration scheme of the system are introduced in detail. Then the mechanical structure of the three axis motion platform based on SolidWorks software platform is introduced, and the simulation results are analyzed.

According to the requirement of the control system of the three axis motion platform, this paper introduces the composition and overall plan of the control system. This paper describes the integration of the control system by using the PLC motion control card. Using the PID motion control card of the external interface, multi thread technology and serial communication protocol, the preparation of the control card control program.

Key words: high precision; three axis motion;simulation; position precision; motion analysis; control system

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题来源及研究背景 1

1.2国内外运动平台研究现状 2

1.2.1国外运动平台发展状况 2

1.2.2国内运动平台发展状况 2

1.3 运动平台控制系统研究的发展趋势 2

1.4课题研究的主要内容 3

第二章 三轴运动平台的软件设计 4

2.1三轴运动平台的技术要求 4

2.2三轴运动平台的机械结构设计 4

2.3三轴运动平台控制原理 5

2.4 三轴运动平台设备组成 6

2.5 三轴运动平台硬件结构 6

2.5.1 测速电路 7

2.5.2 控制电路 8

2.6 三轴运动平台伺服系统软件结构 9

2.6.1控制算法程序 9

2.6.2 PCI设备驱动程序 10

2.7 本章小结 10

第三章 三轴运动平台水平方向的结构设计 11

3.1 三轴运动平台的机械结构设计 11

3.2载荷分析与计算 12

3.3 底盘法兰的设计 13

3.4 X轴上的零部件设计 15

3.4.1 X轴上平台的设计 15

3.4.2 X轴向压电陶瓷电机的设计 16

3.4.3 X轴向电机安装板的设计 16

3.4.4 X轴向导轨的设计 17

3.4.5 X轴向滑块的设计 18

3.4.6 X轴向其它零部件的尺寸设计 19

3.5 Y轴上零部件的设计 20

3.5.1 Y轴上平台的设计 20

3.5.2 Y轴向电机的设计 21

3.5.3 Y轴向电机安装板的设计 22

3.5.4 Y轴向导轨的设计 22

3.5.5 Y轴向滑块尺寸的设计 23

3.5.6 Y轴向其它零部件的尺寸设计 25

第四章 三轴运动平台垂直方向的结构设计 26

4.1 Z轴上零部件的设计 26

4.2 电机的设计 26

4.3 电机安装板的设计 27

4.4 Z轴支架的设计 28

4.５ Z轴支撑架的设计 29

4.6 Z轴导轨的设计 30

4.7 Z轴滑块的设计 31

4.8 Z轴法兰的设计 32

4.9 Z轴上平台的设计 33

4.10 Z轴其它零部件的设计 35

总 结 37

参考文献 39

致 谢 41

第一章 绪论

本文以高精度三轴运动平台为研究对象，从总体结构设计，静力学分析，控制系统构建等角度探讨高精度三轴运动平台的一些设计方案。

对用于三轴运动平台的运动方面进行考虑，总结出了三轴运动平台管理方法， 并根据管理方法编制了软件程序和建立了硬件电路，通过实时安装与调试，了解到该控制系统响应时间快，能够满足实际需要，为进一步的研究打下坚实基。三轴运动平台示意图如图1.1所示。

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