二維平面運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺開發(fā)

鄭欽丞+李楊若晗

二維平面運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺可以用于大學(xué)生機(jī)械運(yùn)動及結(jié)構(gòu)方面的分析平臺。而二維平面運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的開發(fā)不僅可以促進(jìn)高?？蒲邪l(fā)展，還可以作為本科生畢業(yè)實(shí)習(xí)的實(shí)驗(yàn)平臺，提高學(xué)生真正的動手能力，促進(jìn)學(xué)生實(shí)習(xí)。如今，隨著科技的發(fā)展，如今的二維平面運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺逐步實(shí)現(xiàn)全數(shù)字控制，本文就目前二維平面運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的開發(fā)展開討論。

【關(guān)鍵詞】二維平面運(yùn)動 實(shí)驗(yàn)平臺 科研開發(fā)

大學(xué)四年的學(xué)習(xí)不僅是使學(xué)生在專業(yè)知識上得到更高水平的培養(yǎng)，還會通過畢業(yè)實(shí)習(xí)等方式教會學(xué)生工作的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)。而且畢業(yè)實(shí)習(xí)是每個大學(xué)生畢業(yè)之前的“必修課”，但是就現(xiàn)在的國情來看，各大企業(yè)的員工人數(shù)已經(jīng)達(dá)到超負(fù)荷狀態(tài)，在企業(yè)本來就不缺人手，再從企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效率和學(xué)生人身安全方面考慮，大部分企業(yè)對接受本科生生實(shí)習(xí)這件事都不喜歡點(diǎn)頭。對此，校方應(yīng)從其他方向考慮畢業(yè)生實(shí)習(xí)問題。

畢業(yè)生實(shí)習(xí)不僅僅是在企業(yè)跑跑腿打打雜，而且如今各大企業(yè)不愿意招收實(shí)習(xí)生也是由于實(shí)習(xí)生的工作經(jīng)驗(yàn)少、思維嚴(yán)謹(jǐn)性不夠造成的。所以校方在校內(nèi)建立各類畢業(yè)生實(shí)習(xí)基地也是一種鍛煉學(xué)生綜合素質(zhì)的好方法。若將科研設(shè)備進(jìn)行改造和開發(fā)與學(xué)生實(shí)習(xí)有機(jī)結(jié)合，即解決了學(xué)生實(shí)習(xí)問題又提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際動手能力。本文就二維平面運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺開發(fā)與培養(yǎng)學(xué)生相結(jié)合討論實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)的結(jié)合。

1 二維平面運(yùn)動系統(tǒng)介紹及工作原理

首先對二維平面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做一下簡單介紹，系統(tǒng)由三部分組成分別是上位機(jī)、伺服系統(tǒng)以及機(jī)械臺體，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。上位機(jī)主要作用是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臺體的多方面控制，實(shí)驗(yàn)過程中通過PCI總線與運(yùn)動控制卡連接，屬于高性能工控機(jī)。伺服系統(tǒng)屬于中間環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)系統(tǒng)中各部分的通訊聯(lián)系任務(wù)，同時還能完成系統(tǒng)的控制算法，主要有伺服驅(qū)動器、濾波器、轉(zhuǎn)接板以及扼流圈組成，其安裝地點(diǎn)處于工業(yè)機(jī)柜中。最后的機(jī)械臺體部分要確保運(yùn)動部件按照特定的運(yùn)動方向運(yùn)動，所以需要包含兩組相互垂直的滾動直線導(dǎo)軌，這樣才能提高運(yùn)動部件運(yùn)動的靈敏性和精確性。為了確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性以及設(shè)備和實(shí)習(xí)人員的人身安全，需要在特定的位置上安裝電氣和機(jī)械限位，避免設(shè)備損壞及人身財(cái)產(chǎn)損失。此外，機(jī)械臺體還是為成像設(shè)備提供運(yùn)動的裝置。因此可以幫助學(xué)生實(shí)習(xí)時理解各部分設(shè)備的連接情況和控制關(guān)系，如圖1所示。

其次簡單介紹一下二維平面運(yùn)動系統(tǒng)的工作原理，前面提到了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，所以在二維平面運(yùn)動系統(tǒng)中我們采取了工控機(jī)與運(yùn)動控制卡相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，換句話說就是使用運(yùn)動控制卡控制交流伺服電機(jī)。具體細(xì)節(jié)如下，運(yùn)動控制卡內(nèi)的運(yùn)動控制模塊使用并行傳輸指令和相應(yīng)數(shù)據(jù)法去提高接下來的伺服系統(tǒng)控制性能和數(shù)據(jù)處理速度。然后指示PCI總線與CPU之間進(jìn)行通信，接收來自PC的控制指令，指令傳達(dá)到后，內(nèi)部電路進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算，得出準(zhǔn)確的控制信號，最終傳遞給動力和執(zhí)行裝置，完成二維平面運(yùn)動控制功能。

2 數(shù)字化控制軟件設(shè)計(jì)

對二維平臺運(yùn)動系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其原理進(jìn)行講解之后，我們應(yīng)該就其運(yùn)動控制軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，這里我們利用Windows系統(tǒng)在人機(jī)交互方面的優(yōu)點(diǎn)，使用此系統(tǒng)研究控制軟件。

控制軟件中需要添加相應(yīng)的模塊，針對二維平臺運(yùn)動系統(tǒng)的應(yīng)用方面，我們添加的模塊主要有人機(jī)交互模塊、設(shè)備安保模塊以及運(yùn)動控制模塊等，接下來對這幾個模塊進(jìn)行逐一介紹：

2.1 人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互模塊主要用于狀態(tài)顯示和人機(jī)交互，開發(fā)后的界面應(yīng)實(shí)現(xiàn)以按鈕點(diǎn)擊形式做到運(yùn)動復(fù)位、找尋原點(diǎn)位置、手動運(yùn)行、運(yùn)動軌跡輸入、運(yùn)動軌跡復(fù)核、實(shí)時繪制運(yùn)動曲線及反應(yīng)運(yùn)動情況及當(dāng)前位置等功能。由于是人機(jī)交互的頁面，在顯示功能中應(yīng)給出設(shè)備的運(yùn)動情況以供工作人員對運(yùn)動狀態(tài)的分析，還要給出必要的故障顯示提示，避免實(shí)習(xí)人員進(jìn)行違規(guī)操作。

2.2 設(shè)備安保模塊

設(shè)備安保模塊主要目的是對相關(guān)設(shè)備起到保護(hù)作用。眾所周知，對于不同的設(shè)備來說，其各類參數(shù)的調(diào)節(jié)情況一般都處于一個范圍內(nèi)，這樣才能保證設(shè)備的正常運(yùn)行。二維平面運(yùn)動系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備也需要進(jìn)行這樣的保護(hù)措施，通常我們設(shè)置的參數(shù)可以看做是設(shè)備保護(hù)參數(shù)，此參數(shù)僅有管理員可以進(jìn)行調(diào)整，這樣就能確保實(shí)習(xí)學(xué)生在使用時避免由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)而對儀器造成損壞。

2.3 運(yùn)動控制模塊

前面提到了軟件界面的相關(guān)運(yùn)動軌跡繪制及輸入模式，那么就應(yīng)該在系統(tǒng)中裝入運(yùn)動控制模塊，這樣才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對運(yùn)動軌跡的跟蹤和控制，其中包括手動運(yùn)動控制和復(fù)位運(yùn)動控制。手動運(yùn)動控制的要求不高，由于手動輸入其到達(dá)位置就可完成運(yùn)動控制，所以其要求不高，控制較方便。對于復(fù)位運(yùn)動控制，它指的是針對于軟件保護(hù)的運(yùn)動控制方式，首先是負(fù)載達(dá)到設(shè)置的原點(diǎn)，其次在顯微開關(guān)的限制下確保負(fù)載的全部運(yùn)行位置極限。

以上模塊的增加不僅為人機(jī)交互提供可能的同時，也能提高軟件與二維平臺運(yùn)動系統(tǒng)之間的相互作用。

3 小結(jié)

二維平面運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的開發(fā)無論是在科學(xué)研究方面還是在幫助本科生實(shí)習(xí)方面均具有較重要的作用。對于科學(xué)研究方面，二維平面運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的開發(fā)不僅能促進(jìn)高校科學(xué)研究層次的發(fā)展，還能提高學(xué)校師生綜合素質(zhì)；對于本科生實(shí)習(xí)方面，二維平面運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的開發(fā)給予了實(shí)習(xí)學(xué)生更好的實(shí)習(xí)機(jī)會，在解決本科生實(shí)習(xí)問題的前提下，還提高了本科生的動手能力。實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力，為他們走向工作崗位做好準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)

[1]霍炬，龔聲民，齊超.二維平面運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺開發(fā)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013（30）.

[2]孔慧勇.基于運(yùn)動控制卡的全閉環(huán)控制系統(tǒng)研究[D].成都：四川大學(xué)，2003（05）.

作者單位

禹州市第一高級中學(xué) 河南省禹州市 461670