CN111338399A - 一种多轴运动控制结构及其控制方法 - Google Patents

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薛明亮
张勇
李圆圆
郭锐
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    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors

Abstract

本发明提供了一种多轴运动控制结构包括主机控制单元、压力数据处理单元、运动控制单元，所述主机控制单元分别与压力数据处理单元、运动控制单元相连。随着智能化的发展，触控屏实现了大量的普及和应用，而在触控屏出厂前，需要利用触控检测设备进行触控测试，以确保触控屏能够正常使用。而现有的触控检测设备多采用PLC、基于PC的运动控制卡控制，导致成本较高，特别是采用基于PC的运动控制卡时，由于需要配带PCI接口的台式电脑，导致触控检测设备占用空间大，使用不方便。本发明通过设置压力数据处理单元，使多轴运动控制结构可以进行压力采集，实现多轴运动结构的压力信息采集功能。

Description

一种多轴运动控制结构及其控制方法
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及一种电子控制技术，特别是涉及一种多轴运动控制结构及其控制方法。
背景技术
随着智能化的发展，触控屏实现了大量的普及和应用，而在触控屏出厂前，需要利用触控检测设备进行触控测试，以确保触控屏能够正常使用。而现有的触控检测设备多采用PLC、基于 PC的运动控制卡控制，导致成本较高，特别是采用基于PC的运动控制卡时，由于需要配带PCI 接口的台式电脑，导致触控检测设备占用空间大，使用不方便。
发明内容
本发明提供了一种多轴运动控制结构，用以降低占用空间，且实现压力数据的采集。
本发明提供了一种多轴运动控制结构包括主机控制单元、压力数据处理单元、运动控制单元，所述主机控制单元分别与压力数据处理单元、运动控制单元相连。
进一步地，所述主机控制单元包括ARM单片机。
进一步地，所述压力数据处理单元包括运放LM358放大器。
进一步地，所述运动控制单元包括运动控制芯片。
更进一步地，所述ARM单片机为STM32单片机。
更进一步地，所述运动控制芯片为TC6014运动控制器。
进一步地，所述多轴运动控制结构还包括X轴马达、Y轴马达、Z轴马达，所述X轴马达、 Y轴马达、Z轴马达分别与运动控制单元相连。
本发明还公开一种上述多轴运动控制结构的控制方法为：主机控制单元控制压力数据处理单元进行压力数据的采集，并由主机控制单元将采集到的压力数据转换成压力值，主机控制单元进行运动数据的运算，在运算后控制运动控制单元，使其输出脉冲控制X、Y、Z轴的电机转动。
进一步地，所述多轴运动控制结构还包括上位机，所述上位机与主机控制单元相连并进行数据交换。
更进一步地，所述压力数据处理单元与Z轴马达相连，并采集Z轴马达运行数据。
本发明相对于现有技术，通过设置压力数据处理单元，使多轴运动控制结构可以进行压力采集，实现多轴运动结构的压力信息采集功能。
附图说明
图1为本发明实施例结构框图；
图2为本发明实施例X轴马达、Y轴马达、Z轴马达与压力传感器的俯视图；
图3为本发明实施例X轴马达、Y轴马达、Z轴马达与压力传感器的主视图；
图4为本发明实施例圆弧轨迹插补示意图；
图5为本发明实施例步骤4的运行过程示意图；
图6为本发明实施例插补点在X\Y轴坐标系计算过程示意图；
图7为本发明实施例步骤2的运行过程示意图；
图8为本发明实施例插补运行示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例公开了一种多轴运动控制结构包括主机控制单元、压力数据处理单元、运动控制单元，如图1所示，所述主机控制单元分别与压力数据处理单元、运动控制单元相连。
可选的，所述主机控制单元包括ARM单片机。
可选的，所述压力数据处理单元包括运放LM358放大器。
可选的，所述运动控制单元包括运动控制芯片。
特别的，所述ARM单片机为STM32单片机。
特别的，所述运动控制芯片为TC6014运动控制器。
可选的，所述多轴运动控制结构还包括X轴马达、Y轴马达、Z轴马达，所述X轴马达、Y 轴马达、Z轴马达分别与运动控制单元相连。
其中，Z轴马达还设有压力传感器，压力传感器通过压力数据处理单元的运放LM358放大器与ARM单片机相连，ARM单片机通过TC6014运动控制器分别与X轴马达、Y轴马达、Z 轴马达相连。ARM单片机通过连接接口(可选为USB接口)与PC等上位机相连，实现数据传输。
如图2、3所示，多轴运动控制结构还包括X轴直线运动机构1、Y轴直线运动机构2、Z轴升降运动机构3，X轴马达、Y轴马达、Z轴马达分别为X轴直线运动机构1、Y轴直线运动机构2、Z轴升降运动机构3的驱动装置，Y轴直线运动机构2安装在X轴直线运动机构1上， Z轴升降运动机构3安装在Y轴直线运动机构2上，压力传感器4安装在Z轴升降运动机构3 上。
在工作时，X轴直线运动机构1带动Y轴直线运动机构2进行X轴方向上的直线运动，Y 轴直线运动机构2带动Z轴升降运动机构3进行Y轴方向上的直线运动，Z轴升降运动机构3带动压力传感器4进行升降，而压力传感器4在下降过程中监测压力变化。
本发明相对于现有技术，通过设置压力数据处理单元，使多轴运动控制结构可以进行压力采集，实现多轴运动结构的压力信息采集功能，并利用运放LM358放大器增强压力信号，控制步进电机下压力度，提高多轴运动控制结构的控制精度。
本发明实施例还公开一种上述多轴运动控制结构的控制方法，所述控制方法为：主机控制单元控制压力数据处理单元进行压力数据的采集，并由主机控制单元将采集到的压力数据转换成压力值，主机控制单元进行运动数据的运算，在运算后控制运动控制单元，使其输出脉冲控制X、 Y、Z轴的电机转动。
可选的，所述多轴运动控制结构还包括上位机，所述上位机与主机控制单元相连并进行数据交换。
特别的，所述压力数据处理单元与Z轴马达相连，并采集Z轴马达运行数据。
主机控制单元、压力数据处理单元、运动控制单元的具体工作分别如下：
1、ARM STM32F4主要负责与上位机(PC)交换数据，压力传感器的数据采集，控制TC6014 运动控制单元输出脉冲信号及限位传感器的信号处理。
2、ARM STM32F4通过RS232与PC上位机进行通信交互数据。
3、ARM STM32F4通过ADC采集压力传感器LM358处理单元处理后的数据并转换成压力值后通过TC6014运动控制单元控制Z轴马达下压到设定的压力值后停止马达停止下压。
4、ARM STM32F4接收到PC上位机的控制数据后，经过处理后，控制TC6014运动控制单元输出脉冲信号来让X、Y轴做相应的直线、圆弧插补运动。
本发明实施例ARM STM32F4控制X轴直线运动机构1、Y轴直线运动机构2进行圆弧轨迹插补的方法，具体包括步骤如下：
步骤1：如图4所示，确定圆弧轨迹的圆心位置及半径R；
步骤2：如图4所示，以圆心位置作为坐标原点，建立X\Y轴坐标系；
步骤3：如图4所示，设定设备在旋转固定角度下的插补频率；
步骤4：如图4所示，根据插补频率确定各个插补点在X\Y轴坐标系中的位置；
步骤5：如图4所示，在进行插补之前进行位置归零，本发明实施例中归零位置设置在第一象限处。驱动设备按照各个插补点在X\Y轴坐标系中的位置进行依次插补，实现圆弧轨迹插补。
可选的，如图5所示，所述步骤4具体为，将X\Y轴坐标系中各点与半径R进行对比，确保是否在圆弧轨迹上；若在圆弧轨迹上，则设为插补点，并保留。
特别的，所述步骤6中X\Y轴坐标系中各点是否在圆弧轨迹上的方法为：如图1所示，确定X\Y轴坐标系中点的坐标为(xm、ym)，该点与圆心的距离为Rm，计算该点的圆心偏差值Fm，具体公式为
Figure RE-GDA0002483618060000031
若Fm>0,则该点位于圆外，若Fm＝0,则该点位于圆上，若Fm<0,则该点位于圆内。
可选的，如图7所示，所述步骤2中，在建立X\Y轴坐标系后，按照X\Y轴坐标系进行象限划分，按照逆时针分别形成第一象限、第二象限、第三象限、第四象限。
特别的，所述步骤5中还包括驱动设备的插补方向设定，所述插补方向为逆时针插补、顺时针插补中的一种。
本发明实施例插补进给方向判定表
Figure RE-GDA0002483618060000041
特别的，所述顺时针插补设定方法如上表所示：确定当前设备所在象限位置，若设备在第一象限，则确定第一象限内的各个插补点在X轴方向上的取值依次增大，在Y轴方向上取值依次减小；若设备在第二象限，则确定第二象限内的各个插补点在X轴方向上取值依次增大，在Y 轴方向上取值依次增大；若设备在第三象限，则确定第三象限内的各个插补点在X轴方向上取值依次减小，在Y轴方向上取值依次增大；若设备在第四象限，则确定第四象限内的各个插补点在X轴方向上取值依次减小，在Y轴方向上取值依次减小。
特别的，所述逆时针插补设定方法如上表所示：确定当前设备所在象限位置，若设备在第一象限，则确定第一象限内的各个插补点在X轴方向上的取值依次减小，在Y轴方向上取值依次增大；若设备在第二象限，则确定第二象限内的各个插补点在X轴方向上取值依次减小，在Y 轴方向上取值依次减小；若设备在第三象限，则确定第三象限内的各个插补点在X轴方向上取值依次增大，在Y轴方向上取值依次减小；若设备在第四象限，则确定第四象限内的各个插补点在X轴方向上取值依次增大，在Y轴方向上取值依次增大。
其中，X轴方向上的取值，Y轴方向上取值为该点在对应象限内的正负值(非绝对值)。顺时针插补、逆时针插补的运行如图5中所示，顺时针插补在第一象限内的运行线型为SR1，在第二象限内的运行线型为SR2，在第三象限内的运行线型为SR3，在第四象限内的运行线型为SR4；逆时针插补在第一象限内的运行线型为NR1，在第二象限内的运行线型为NR2，在第三象限内的运行线型为NR3，在第四象限内的运行线型为NR4。
由于不同设备在X\Y轴方向上可移动的精度不同，因此本发明实施例可在圆弧轨迹内外相近的位置进行选点，使设备可以在X\Y轴方向上依次移动插补，形成如图5所示的直角轨迹，使插补点的集合轨迹呈弧形。
在以往的触摸检测设备中没有带圆弧插补运动轨迹算法，只是简单的直线运动，本发明实施例通过对设备结构及位置的信息采集，建立X\Y轴坐标系，进行插补点的设定，实现圆弧触摸检测的轨迹设定，设备只需要具有X\Y轴的传动结构便可进行圆弧触摸检测。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多轴运动控制结构，其特征在于，所述多轴运动控制结构包括主机控制单元、压力数据处理单元、运动控制单元，所述主机控制单元分别与压力数据处理单元、运动控制单元相连。
2.根据权利要求1所述的多轴运动控制结构，其特征在于，所述主机控制单元包括ARM单片机。
3.根据权利要求1所述的多轴运动控制结构，其特征在于，所述压力数据处理单元包括运放LM358放大器。
4.根据权利要求1所述的多轴运动控制结构，其特征在于，所述运动控制单元包括运动控制芯片。
5.根据权利要求2所述的多轴运动控制结构，其特征在于，所述ARM单片机为STM32单片机。
6.根据权利要求4所述的多轴运动控制结构，其特征在于，所述运动控制芯片为TC6014运动控制器。
7.根据权利要求1所述的多轴运动控制结构，其特征在于，所述多轴运动控制结构还包括X轴马达、Y轴马达、Z轴马达，所述X轴马达、Y轴马达、Z轴马达分别与运动控制单元相连。
8.一种如权利要求7所述多轴运动控制结构的控制方法，其特征在于，所述控制方法为：主机控制单元控制压力数据处理单元进行压力数据的采集，并由主机控制单元将采集到的压力数据转换成压力值，主机控制单元进行运动数据的运算，在运算后控制运动控制单元，使其输出脉冲控制X、Y、Z轴的电机转动。
9.根据权利要求8所述多轴运动控制结构的控制方法，其特征在于，所述多轴运动控制结构还包括上位机，所述上位机与主机控制单元相连并进行数据交换。
10.根据权利要求9所述多轴运动控制结构的控制方法，其特征在于，所述压力数据处理单元与Z轴马达相连，并采集Z轴马达运行数据。
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