專利名稱：采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器屬于二維運動模擬技術(shù)領(lǐng)域。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種都由步進電機驅(qū)動且能在垂直于地面的圓弧面中作任意軌跡運動的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器。它的X軸為弧形導(dǎo)軌，可更逼真地模擬球面運動，采用步進電機帶動齒輪，齒輪和弧形軌道上的弧形齒條嚙合，帶動系統(tǒng)作柱面二維運動。
本發(fā)明的特征在于它含有用支架垂直固定在地面上的橫梁，與橫梁相連接的方位運動模擬機構(gòu)含有嵌在橫梁上的弧形齒條，經(jīng)齒輪傳動機構(gòu)和齒條相連且安裝在定位座上的X向步進電機；俯仰運動模擬機構(gòu)含有帶有軸承式滑塊且固定在橫梁上的弧形導(dǎo)軌，安裝在定位座上且與軸承式滑塊固接的Y向步進電機，由受Y向步進電機驅(qū)動的鋼繩、與鋼繩滑動連接的上下兩個滑輪構(gòu)成的滑輪傳動機構(gòu)、供與鋼繩相連的模擬目標(biāo)作俯仰運動用的直線導(dǎo)軌以及支架。所述的X向步進電機經(jīng)X向步進電機驅(qū)動器與受控于工控機的可編程邏輯控制器PLC相連。所述的Y向步進電機經(jīng)Y向步進電機驅(qū)動器與受控于工控機的可編程邏輯控制器PLC相連。所述的工控機和可編程邏輯控制器PLC是X、Y向步進電機及它們的驅(qū)動器所共用的。在所述的橫梁上裝有一個與可編程邏輯控制器PLC的位置反饋信號輸入端相連的X向接近開關(guān)。在所述的直線導(dǎo)軌上裝有一個與可編程邏輯控制器PLC的位置反饋信號輸入端相連的Y向接近開關(guān)。在所述的直線導(dǎo)軌上裝有垂直位置標(biāo)尺。在所述的直線導(dǎo)軌上裝有定位磁塊。在所述的直線導(dǎo)軌上裝有防撞塊。在所述的橫梁上裝有防撞塊。在所述的俯仰運動模擬機構(gòu)中，所述的直線導(dǎo)軌上下兩個滑輪都裝在一個所述的俯仰運動用的支架上。所述的定位座固定在俯仰運動用的支架上。
使用說明它可達到預(yù)期目的。


圖1本發(fā)明所述的二維運動模擬器主視2本發(fā)明所述的二維運動模擬器側(cè)視3本發(fā)明所述的二維運動模擬器俯視4本發(fā)明所述的二維運動模擬器的系統(tǒng)電路原理框5本發(fā)明所述的二維運動模擬器的系統(tǒng)電路原理6弧形齒條結(jié)構(gòu)示意圖6(a)-俯視圖，6(b)-主視圖，6(c)-A-A剖視圖再見圖4。PC是工控機，采用Pentium200MHz的CPU。PLC是日本松下公司的可編程邏輯控制器FP0-C16T，它有兩個可用作步進電機控制的脈沖輸出端口，其它的I/O口足以滿足控制系統(tǒng)對位置反饋信號等的輸入和輸出要求。PLC中有一個脈沖發(fā)出器和一個分頻器。通過脈沖發(fā)生器，PLC可產(chǎn)生40～10kHz占空比為10％～90％的方波脈沖。通過分頻器，PLC可以將脈沖發(fā)生器發(fā)出的高頻脈沖分為兩路低頻脈沖，由兩個不同的頻道，分別輸送給X軸和Y軸步進電機驅(qū)動器。另外，PLC中還有兩個內(nèi)部高速計數(shù)器，它們可以把兩個頻道發(fā)出的脈沖個數(shù)分別記錄下來。通過不斷地讀取這兩個計數(shù)器的數(shù)值，就可以知道兩個軸的步進電機分別走了多少步，進而得到喇叭的實際位移。X軸和Y軸的接近開關(guān)信號分別接在PLC上兩個不同的硬中斷觸發(fā)端口。當(dāng)接近開關(guān)發(fā)出信號給PLC時，只要中斷控制字被置位，PLC中與之對應(yīng)的中斷服務(wù)程序就開始運行，以實際的位置信號對計數(shù)器中的位移量進行校正。X、Y軸步進電機都是日本三洋公司的RM59A2D型，它與其配套的RD-053MS型驅(qū)動器共同構(gòu)成模擬目標(biāo)的驅(qū)動系統(tǒng)。步進電機的步距角是0.72°/步，可以在整步～1/400步之間任意選擇步距角，即使電機轉(zhuǎn)速很低，仍可以保持平滑運動。整步運動方式下，電機的轉(zhuǎn)速范圍是3.6°/s～64800°/s，最高速與最低速之比為18000。電機速度為20.0°/s，轉(zhuǎn)矩為12kg·cm。
通過齒輪5、弧形齒條6、弧形導(dǎo)軌18，步進電機的旋轉(zhuǎn)運動被轉(zhuǎn)換為沿弧形軌道的弧線運動。在喇叭的低速運行下，對步進電機作了40細分，高速運行時，電機以整步運行。
圖5是相應(yīng)的電路原理圖。
由此可見，本發(fā)明在X方向使用了弧形導(dǎo)軌18和弧形齒條6便于用兩個步進電機實現(xiàn)垂直于地面的弧面上任意軌跡的運動。
權(quán)利要求
1.采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器含有二維運動模擬機構(gòu)，其特征在于，它含有用支架垂直固定在地面上的橫梁，與橫梁相連接的方位運動模擬機構(gòu)含有嵌在橫梁上的弧形齒條，經(jīng)齒輪傳動機構(gòu)和齒條相連且安裝在定位座上的X向步進電機；俯仰運動模擬機構(gòu)含有帶有軸承式滑塊且固定在橫梁上的弧形導(dǎo)軌，安裝在定位座上且與軸承式滑塊固接的Y向步進電機，由受Y向步進電機驅(qū)動的鋼繩、與鋼繩滑動連接的上下兩個滑輪構(gòu)成的滑輪傳動機構(gòu)、供與鋼繩相連的模擬目標(biāo)作俯仰運動用的直線導(dǎo)軌以及支架。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器，其特征在于所述的X向步進電機經(jīng)X向步進電機驅(qū)動器與受控于工控機的可編程邏輯控制器PLC相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器，其特征在于所述的Y向步進電機經(jīng)Y向步進電機驅(qū)動器與受控于工控機的可編程邏輯控制器PLC相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器其特征在于所述的工控機和可編程邏輯控制器PLC是X、Y向步進電機及它們的驅(qū)動器所共用的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器其特征在于在所述的橫梁上裝有一個與可編程邏輯控制器PLC的位置反饋信號輸入端相連的X向接近開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器，其特征在于在所述的直線導(dǎo)軌上裝有一個與可編程邏輯控制器PLC的位置反饋信號輸入端相連的Y向接近開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器，其特征在于在所述的直線導(dǎo)軌上裝有垂直位置標(biāo)尺。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器，其特征在于在所述的直線導(dǎo)軌上裝有定位磁塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器，其特征在于在所述的直線導(dǎo)軌上裝有防撞塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器，其特征在于在所述的橫梁上裝有防撞塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器，其特征在于在所述的俯仰運動模擬機構(gòu)中，所述的直線導(dǎo)軌上下兩個滑輪都裝在一個所述的俯仰運動用的支架上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器，其特征在于所述的定位座固定在俯仰運動用的支架上。
全文摘要
采用柱面二維坐標(biāo)系的全步進電機式二維運動模擬器屬于二維運動模擬技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，它含有用支架固定在地面上的橫梁，與橫梁相連的方位和俯仰運動的模擬機構(gòu)，前者含有嵌在橫梁上的弧形齒條，經(jīng)齒輪和齒條嚙合連接且裝在定位座上的X向步進電機；后者含有帶有軸承式滑塊且固定在橫梁上的弧形導(dǎo)軌，安裝在定位座上且與上述滑塊固接的Y向步進電機，由受Y向步進電機驅(qū)動的鋼繩、與鋼繩滑動連接的滑輪構(gòu)成的傳動機構(gòu)、供與鋼繩相連的模擬目標(biāo)作俯仰運動用的直線導(dǎo)軌以及支架。直線導(dǎo)軌上還裝有定位磁塊和防撞塊。還有各向接近開關(guān)。二維運動模擬器中的X、Y向步進電機經(jīng)各自的驅(qū)動器與受控于工控機的可編程邏輯控制器相連，在它的控制下，可在垂直于地面的弧面上作任何軌跡的運動。
文檔編號G05B19/04GK1467592SQ0215387
公開日2004年1月14日 申請日期2002年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月12日
發(fā)明者蔣曉華, 朱曉光, 賴永傳, 張曉英, 曹旭東, 沈康 申請人:清華大學(xué), 中國空空導(dǎo)彈研究院