通用二维运动平台毕业设计
二维运动平台课程设计
二维运动平台课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解二维运动平台的基本概念，掌握其在物理运动中的应用。
2. 学生能运用公式计算二维运动平台的速度、加速度和位移。
3. 学生能解释二维运动中的力的合成与分解，理解牛顿运动定律在二维运动中的应用。
技能目标：1. 学生能够运用物理知识分析并解决二维运动平台的相关问题。
2. 学生通过实际操作，培养动手能力和团队合作能力，提高解决实际问题的能力。
3. 学生能够运用数学工具，如坐标系、图形等，进行二维运动轨迹的描述和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理科学的兴趣，激发探索精神和创新意识。
2. 学生在学习过程中，树立正确的科学态度，尊重事实，严谨求证。
3. 学生通过团队合作，学会倾听、沟通与协作，培养集体荣誉感和责任感。
课程性质分析：本课程为物理学科，针对学生年级特点，注重理论与实践相结合，提高学生的物理素养和解决实际问题的能力。
学生特点分析：学生处于好奇心强、求知欲旺盛的阶段，具备一定的物理和数学基础，但需要引导他们将知识应用于实际问题。
教学要求：1. 教师需采用生动有趣的教学方法，激发学生学习兴趣。
2. 教学过程中注重培养学生的动手能力和团队合作精神。
3. 教师应关注学生个体差异，给予个性化指导，提高学生的综合素质。
二、教学内容1. 二维运动平台基本概念：介绍二维运动平台的定义、构成和应用场景，使学生理解其在现实生活中的重要性。
- 教材章节：第二章第二节2. 二维运动平台的运动学分析：- 速度、加速度和位移的计算公式；- 运用坐标系描述二维运动轨迹；- 教材章节：第三章第一节、第二节3. 力的合成与分解在二维运动中的应用：- 牛顿运动定律在二维运动中的体现；- 合力与分力的计算方法；- 教材章节：第四章第一节、第二节4. 实际操作与案例分析：- 设计二维运动平台实验，让学生亲自动手操作，观察和分析实验现象；- 分析典型案例，使学生掌握解决实际问题的方法；- 教材章节：第五章5. 数学工具在二维运动中的应用：- 坐标系、图形等数学工具在二维运动轨迹描述和分析中的作用；- 教材章节：第六章教学安排与进度：本教学内容共计10课时，具体安排如下：1-2课时：二维运动平台基本概念；3-4课时：二维运动平台的运动学分析；5-6课时：力的合成与分解在二维运动中的应用；7-8课时：实际操作与案例分析；9-10课时：数学工具在二维运动中的应用。
二维云台结构设计与运动仿真毕业设计
本次所设计的云台控制系统，在一定范围内，能完成垂直方向的移动和水平 方向的转动，从而达到对目标的实时跟踪和精确定位。本设计中我们用at89s52单 片机进行控制，通过键盘可以实现手动云台控制，使其做垂直方向的上下移动60cm和水平方向的左右转动60度；通过按键实现云台自动和手动控制的切换，当切换 到自动档时，能使云台自动跟踪某一可见光源（40W灯泡），用步进电机进行调速。
1.1系统设计目的
在实时监控、在线直播、公安、教育等许多领域都需要用到计算机控制云台动 作及摄像机镜头的焦距、景深、光圈。云台是一种设备，专门用于监控时调整摄像 头位置。摄像头安装于云台之上，通过开关电源，就可实现摄像头在垂直方向进行 俯仰运动、水平方向进行摆动，从而调整监视位置。云台镜头控制系统除了控制摄 像头的俯仰和水平运动控制外，通常还要控制电子镜头（安装于摄像头前端、电机 控制的光学镜头）的聚焦、光圈和变借等，以便调整视野范围和清晰度。能够很好 的进行实时监控和精确定位。
摄像机云台是一种安装在摄像机支撑物上的工作平台，用于摄像机与支撑物之 间的连接，同时它具有水平和垂直运动的功能，在云台水平、垂直运动的同时，它 也带动摄像机做相同的运动，这样就可以通过控制云台的运动來控制摄像机的运 动，它与摄像机配套使用能达到扩大监视范围的目的，提高了摄像机的使用价值。 云台分为固定云台和电动云台，固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台 上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到最好的工作姿态后只要 锁定调整机构就可以了。电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像 机的监视范围。目前这两类云台广泛应用于各种场所，固定云台适用于小范围的监 视；电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动 云台是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。 在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值 班人员的操纵下跟踪监视对象。步进电机作为云台的转动器件，它的工作可靠性直 接影响了云台的质量。
二维平面运动系统实验平台开发
二维平面运动系统实验平台开发
霍炬;龚声民;齐超
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2013(000)010
【摘要】结合科研项目设计并实现了一种用于本科生毕业实习的二维平面运动系统实验平台，介绍了该平台的总体结构，设计了该平台的全数字交流伺服系统的控制方案，实现了保护功能完善、人机界面友好、交互方便的实验平台控制软件。
该实验平台具有硬件透明直观和软件开放等特点，在实际的教学和科研中取得了较好的效果。
【总页数】6页(P68-72,82)
【作者】霍炬;龚声民;齐超
【作者单位】哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工业大学控制与仿真中心，黑龙江哈尔滨 150080;哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨 150001
【正文语种】中文
【中图分类】TP273;G484
【相关文献】
1.面向真实电子商务的实验平台开发和实验设计 [J], 叶荣华;高济
2.二维平面运动系统实验平台开发 [J], 郑钦丞;李杨若晗;
3.二维平面振荡叶栅流场显示实验研究 [J], 张扬军;陶德平
4.微课在运动系统解剖学理论实验一体化教学中的应用 [J], 许凤燕;孙亮;梁龙;孔建;贾立敏;刘慧东;吴树亮
5.“观察脊椎动物的运动系统”实验改进设计 [J], 徐力
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论文资料 基于ARM的二维平台硬件设计关键步骤
基于ARM的二维平台硬件设计关键步骤基于ARM嵌入式系统的二维平台设计需要考虑以下几个主要部分：
1硬件设计：ARM嵌入式系统需要一个微控制器（MCU）或嵌入式微处理器（MPU）作为系统核心。
在选择MCU或MPU时，需要考虑其指令集、运算速度、内存空间以及I/O接口是否满足平台设计的需求。
此外，还需要选择适当的电源、时钟和存储器模块。
2.软件开发：ARM嵌入式系统的软件开发需要使用特定的编程语言
和开发工具。
常见的ARM嵌入式系统开发环境包括Kei1、IARSyStenIS和1aUterbaCh等。
在编写软件时，需要针对所选MCU或MPU的特性进行优化，以提高平台的性能和稳定性。
3.通信接口设计：ARM嵌入式系统通常需要与其他设备或
系统进行通信。
因此，需要设计适当的通信接口，如
UART、SPKI2C等，以满足平台与外部设备之间的数据传输需求。
4.人机界面设计：二维平台通常需要提供简单、直观的人机界面。
可
以考虑使用液晶显示屏（1CD）或其他显示技术，以及触摸屏或其他输入设备来实现人机交互。
5.操作系统选择：ARM嵌入式系统可以运行各种嵌入式操作系统，如
1inux>WindowsEmbedded等。
选择适当的操作系统可以优化平台的性能和稳定性，并提高开发效率。
6.安全性考虑：二维平台的设计需要考虑安全性问题，如数据加密、
访问控制、防火墙等。
这些措施可以保护平台免受未经授权的访问和恶意攻击。
以上是基于ARM嵌入式系统的二维平台设计的一般步骤,具体的实现方法需要根据具体的应用场景和需求进行调整和优化。
二维搬运平台及其控制系统设计
哈我滨工业大教（威海）之阳早格格创做机电概括课程安排二维搬运仄台及其统制系统安排姓名：XX x班级：教号：博业：板滞安排制制及其自动化指挥教授：XXX共组人：目录安排任务书籍41总体规划安排51.1 机构示企图51.3 安排规划证明61.3.1 启动系统71.3.2 传动元件71.3.3 气动系统72板滞系统安排82.1 滚珠丝杠的采用82.1.1 疏通参数决定82.1.2 疏通顺序简图及其估计82.1.3 滚珠丝杠的采用92.1.4 滚珠丝杠的选型102.2 支撑导轨—光杠的参数估计102.2.1 光杠资料采用102.2.2 光杠最小直径的决定103气动系统安排134统制系统安排144.1 I/O心的调配154.2 步调安排154.3 电路交线本理图165归纳与心得17参照文件18安排任务书籍1．课程安排脚段：通过本次课程安排，概括使用所教的板滞战统制相闭知识，分解妥协决本量工程问题，培植战锻炼教死的动脚本领.2．安排真量：1000mm，宽度0.5m，工件仄里尺寸D=100mm，传输速安排真量包罗：1）板滞系统的安排：安排该二维仄动板滞脚，完毕拆置图的三维安排，画制二维拆置图战整件图；2）气动系统的安排：安排板滞脚的气动系统本理图；3）统制系统的安排：完毕伺服电机的选型估计，安排板滞脚气动系统的统制本理图，体例相映的PLC步调并完毕调试.3．安排央供：1）板滞三维示企图A4图纸1弛，二维总拆图1弛、整件图1弛；气动系统本理图A4图纸1弛；统制系统本理图A4图纸1弛；梯形图步调图1弛；2）统制系统安排二种运止模式：脚动模式战自动模式，正在脚动模式下不妨用按钮统制气缸的伸缩，正在自动模式下，按下开用按钮后，气缸的动做历程为：正在抓与处事位（初初位子）下止，下止到位后停顿1S（等待抓与单元宁静），而后降下，降下到位后停顿2S（等待X轴运止到码垛位），而后下止，下止到位后停顿0.5S（等待抓与单元紧开），而后降下，降下到位后停顿2S（等待X轴回到初初位子），至此完毕一个处事循环，如许反复.3）安排证明书籍5000字，包罗：百般安排估计，尺度件的选型，统制及气动系统的安排历程等.4．时间安插（共三周，15个处事日）：1）浑面备品，准备处事：1天；2）查阅资料：2天；3）板滞系统安排：5天；4）电气、统制系统安排：5天；5）证明书籍撰写：1天；. 6）问辩：1天；1总体规划安排1.1 机构示企图根据课程安排任务书籍的二维搬运仄台及其统制系统安排央供，现给出其机构三维示企图如下所示：图中隐现出了板滞脚的二维疏通，包罗气缸吊正在传动丝杠上真止X轴的疏通战睦缸的中断真止对于工件的夹与战移动，挂交正在气缸下部的抓与拆置已为画出.图中的丝杠现准备采与滚珠丝杠由伺服电机启动戴动气动系统传动工件，而系统的导轨用二根仄止的光杠支撑，以预防滚珠丝杠启受径背力而爆收蜿蜒.疏通办法仔细分解果为统制系统要统制气缸的疏通，所以要弄浑气缸的所有疏通循环历程，一个处事循环不妨拆分为四个路程.电磁阀短亨电时，活塞杆处于上位，果为此时气泵已经开开，电磁阀为二位五通阀，果此活塞杆肯定处于一个位子，假定它处于上位，以去体例的PLC步调也是据此设定初初位子.（1）路程1 通电之后，活塞杆下止，到达底部时，霍我传感器收出旗号，正在下位停顿1s，等待抓与整件.（2）路程2 活塞杆上止，到达上位，等待2s.（3）路程3 活塞杆下止，到达下位，等待0.5s，紧开整件.（4）路程4 活塞杆上止，到达上位，停顿2s，回到初初位子.那便形成一个完备的处事循环，没有竭沉复.如图所示：1.3 安排规划证明1.3.1 启动系统伺服电机,可使统制速度,位子粗度非常准确.所有系统采与伺服启动系统.伺服电效果又称真止电效果，正在自动统制系统中，用做真止元件，把所支到的电旗号变换成电效果轴上的角位移或者角速度输出.1.3.2 传动元件传动元件采与滚珠丝杠.传动的本理便是通过伺服马达的戴动，丝杆搞下速转化，通过螺母去戴动牢固正在螺母上头的板滞，特性是滚珠丝杆的粗度比较下，缺面小.滚珠丝杠螺母副传动摩揩系数小，无滑移，普遍没有克没有及自锁，传输效用下.与一般螺纹副传动相比传动粗度更下，而且不妨灵验与消回程缺面，真止准决定位与传动.1.3.3 气动系统工件的降下与下落通过气缸的伸缩与支回去真止.气压传动具备以下便宜：1）以气氛为处事介量，处事介量赢得比较简单，用后的气氛排到大气中，处理便当，与液压传动相比没有必树立回支的油箱战管讲；2）果气氛的粘度很小（约为液压油能源粘度的万分之一），其益坏也很小，所以便于集结供气、近距离输支.中揭收没有会像液压传动那样宽沉传染环境；3）与液压传动相比，气压传动动做赶快、反应快、维护简朴、处事介量浑净，没有存留介量蜕变等问题；4）处事环境符合性佳，特天正在易焚、易爆、多灰尘、强磁、辐射、振荡等恶劣处事环境中，比液压、电子、电气统制劣良；5）成本矮，过载能自动呵护.气动系统及夹与拆置挂交正在传动系统上，由于丝杠没有克没有及启受力，故采与二根光杠支撑充当导轨，类似于卧式车床的溜板箱的导轨系统.统制系统采与PLC统制.PLC的特性：稳当性下，抗搞扰本领强；配套齐齐，功能完备，适用性强；易教易用，深受工程技能人员欢迎；系统的安排、建筑处事量小，维护便当，简单变革；体积小，沉量沉，能耗矮.2板滞系统安排板滞系统安排要正在谦脚预期功能的前提下,搞到本能佳、效用下、成本矮、正在预约使用克日内仄安稳当，维建简朴，真足尺寸拆协共理战制型好瞅.2.1 滚珠丝杠的采用2.1.1 疏通参数决定工件品量m=17kg3kg，思量夹与拆置、气缸、导杆女战连交块的总品量为m2=7kg，与定仄安系数s=2-4，收端决定伺服电机启动的品量为60kg40kg；疏通路程，根据本量情况采用疏通路程约为400-500mm；500mm单路程疏通时间为t=2s ，忽略其抓与停顿时间（抓紧时间1s ，紧开时间为0.5s ）；2.1.2 疏通顺序简图及其估计×2×Vm/2 +Vm ×1.6s=500mm²，所需驱能源F=ma=83.4N.2.1.3 滚珠丝杠的采用估计进给力 F=f*w=f*m*g=0.16*60*9.8=94.08N ，d 其中：—0.18；m---系统启动品量.最大动背载：C=w m f F ⨯ L=66010n T⨯⨯ n=01000VsL其中，0L ---滚珠丝杠导程，初选为10mm ；Vs ----滚珠丝杠最大进给速度的1/2—×60×0.5=8.34m/min;T----使用寿命，按15000h 估计；w f ---运止系数，按普遍运止与w f =—1.5 ；L---寿命，以610转为单位.估计可得： n=834r/min L=750.6 C=1197N即滚珠丝杠最大动载荷为：C=1197N，导程0L=10mm2.1.4 滚珠丝杠的选型根据以上估计的参数，查阅相闭疑息，与米思米公司型号为BSS2010-800的滚珠丝杠，其中径为20mm，导程为10mm,总少度800mm.2.2 支撑导轨—光杠的参数估计2.2.1 光杠资料采用根据板滞安排脚册查得时常使用光杠资料为45#钢，45钢具备广大应用，而且通过一定的热处理即可得到很佳的刚刚度与强度，能谦脚较大范畴的使用央供.2.2.2 光杠最小直径的决定根据资料力教及相闭知识，依照光杠的最大挠度决定与伤害直径.已知丝杠少度L=600mm，其中F为运止载荷，包罗挂交的品量，m=60kg40kg，F=mg=600N400N，由于为二根光杠故与F=300N200N；受力如下图所示：查资料力教可知，二端牢固仅中间受力时的最大挠度为maxw = -FL^3/48EI—0.0005ｌ之间，其中l为光杠灵验路程；E—为弹性模量，碳钢与 E=196-216GPa；I—极惯性矩，I=π4d/32；由公式maxw= F3L /48EId2432/(0.000448) SFL Eπ⨯估计可得 d与整为d=28mm25mm.根据安排央供可知如下条件：工件品量m=17kg3kg，由此不妨算出气缸活塞杆的最小直径：F=Mg=30NP=F/A=30N*4/πd2≤[]活塞杆资料用45钢，其sσ值为355Mp，与仄安系数S=3，代进可解得 d 1.45678 mm 5.6*10_4m再由气缸的推力去估计气缸的内径，与气源压力为1Mp，F当F F =拉时，不妨供得min D ，即221()/4D d π⨯-= 解得： min 17.86D mm=思量抓与拆置战活塞杆的品量所得截止，由于没有领会抓与拆置结媾战所用资料，思量仄安性及背载率，故将D=24× ，查阅SMC 气缸系列与与活塞杆直径14mm ，缸径为D=40mm.各参数如下图：根据前里所得的数据算电机转速及电效果的功率： max n 1668r /min94.080.011668/min 164.32P F V N m r W ==⨯=⨯⨯= 转速 滚珠丝杠的传动效用与η1=0.96，联轴器的效用为η2=0.98，得P=176.47W ；思量光杠的摩揩力，与定仄安系数为2，得电机的本量功率为P=352.94W.其所需的转矩：·m ，瞬间最大转矩7.16 N ·m ，真足谦脚使用央供. 3气动系统安排一个完备的气动系统包罗气源设备（如气氛压缩机等）、气源处理元件（过滤器、搞燥器等）、气动真止元件（气缸、真空爆收器等）、气动统制元件（减压阀、电磁阀等）战睦动辅帮元件（管、管交头、油雾器等）.正在本安排中，使用一个二位五通电磁阀及二个节流阀，二位五通阀用于换背，节流阀用于安排气缸疏通速度.气路图如下所示：4统制系统安排本安排中，咱们组使用的是OMRON 公司产的CPM2A型PLC举止疏通统制，共40个I/O面，用硬件CX-Programmer 举止步调体例.为使统制历程逻辑浑晰，正在此确定：1．通电时电磁阀动做，气缸伸出.2．断电时电磁阀复位，气缸缩回.3．所有指示灯，正在通电的时刻面明，断电时燃烧.4．自动/脚动采用确定，下电仄输进时脚动模式；矮电仄输进时，自动模式.5．所有的按钮，按下之后均为下电仄.4.1 I/O心的调配输进设备: 输进设备天面：脚动/自动采用 00002开用（自动） 00003停止（自动） 00004伸出（脚动） 00005缩回（脚动） 00006霍我传感器（上位） 00007霍我传感器（下位） 00008输出设备：输出设备天面：电磁阀 01001自动状态指示灯 01002脚动状态指示灯 01003伸出指示灯 01004缩回指示灯 010054.2 步调安排步调如下所示：4.3 电路交线本理图5归纳与心得那次的机电概括课程安排将咱们之前教习的板滞安排知识与统制系统课程的知识很佳的分离起去，锻炼我的动脚本领，让我认识了开垦一个板滞产品的真足历程，共时对于机电一体化的观念也有了更佳的明白.通过使用Solidworks画制三维图，出二维拆置及整件图，认识了三维硬件的使用，也复习了AutoCAD的使用.正在体例梯形图步调，给统制系统交线，调试步调的历程中，没有但是锻炼了我的动脚本领，共时让我认识到调试时要有耐性，要不妨即时创制并改正过得.总之，要擅于教习，没有懂的场合即时请教教授或者共教，才搞正在课程安排中收展更多.参照文件：【1】王黎钦，陈铁鸣.板滞安排.哈我滨：哈我滨工业大教出版社，2008.【2】何世禹，金晓鸥.板滞工程资料.哈我滨：哈我滨工业大教出版社，2006.【3】板滞安排脚册硬件版V3.0.【4】金铃，刘玉光，李利群.画法几许级板滞制图.哈我滨：乌龙江群众出版社，2003.【5】姚玉峰.机电液系统统制课件.威海：哈我滨工业大教（威海），2010.【6】杨绪剑.板滞系统估计机统制课件. 威海：哈我滨工业大教（威海），2010.【7】程周.欧姆龙系列PLC初教与应用真例.北京：华夏电力出版社，2009.【8】刘鸿文.资料力教.北京：下等培养出版社，2004.。
基于步进电机的二维运动控制平台毕业设计答辩
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总结：基于步进电机的二维运动控制平 台毕业设计答辩
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• • 内容123 基于步进电机的二维运动控制平台毕业设计答辩基于步进电机的二维运动控 制平台毕业设计答辩基于步进电机的二维运动控制平台毕业设计答辩基于步 进电机的二维运动控制平台毕业设计答辩 基于步进电机的二维运动控制平台毕业设计答辩基于步进电机的二维运动控 制平台毕业设计答辩基于步进电机的二维运动控制平台毕业设计答辩 1475
电子信息专业
2017届本科04班
基于步进电机的二维运动控制平台毕业设计答辩
汇报人：××× 编号： 695851 导师：XXX
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选题背景及意义
现状与研究目标
研究方法与过程 研究结论与实践验证 论文总结
选题背景及意义
选题背景
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箱体内检测装置二维运动平台设计
１ 检测装置总体方案
在用 高低 温 箱 做 例行 试 验 的过 程 中 ，需 要 检 测 显 示屏 的很 多 光 学 参 数 ，但 受 光 学 特 性 的 限 制 ，显示 屏
的很多数据无法通过数据线传 出，把检测仪器放 置高 低温箱内也不可取 。为了解决在密闭 的高低温箱内正 确 检测 显示屏 的数 据 难 题 ，我 们 设 计 了如 图 １所 示 的 检测 装 置 。
４ 结 论
设 计 的二 维运 动平 台能 够 放 置 在 高 低 温 箱 内 ，并
能根 据程 序准 确控 制其 方 向和 ｙ方 向 的运 动 距 离 和 精度 ，经 实 际检 验 ，本 平 台 的设 计 完 全 符合 总体 方 案 的需 要 ，解决 了在 密 闭环 境 和 高 低 温 环 境 下检 测 显 示 屏 遇到 的测量 准确 度与环 境 限制 的问题 。
难题 ，利用现有资源，以一个循序渐进的投资方式建立 起综合 管理平 台 ，而且这种 平 台应能 提供极 佳 的可伸 缩
性 ，以满足 新 的不 断 变 化 的应 用 需 求 。 因此 ，在 构 架 应 用 系统时必 须选 择合 理 的构 架模 型 ，如 建 立 ＪＥ ２ Ｅ体 系结构 ，可 满足 综 合 管 理 平 台应 用 系统 构 架 模 型 的 需
的允 许误差 必须 符合要 求 Ｐ≤００２ ｍ，这样 才 能保 ．０５ｍ 证滚 动 阻力 和 寿命 不会 受 到影 响 。
２ ）在本 系统 中 ，要 保证 滑块 的正 常运 动 ，两平 行
术 指标 如表 １ 所示 。
表 １ 技 术 指标
导轨 安装平 面 间水平度 允许 误差 Ｓ ≤Ｏ ０ １６ｍｍ。 ．０ １
广
Ｉ
二维平面运动系统实验平台开发
工控机 与运动控制卡相结合的控制结构 ，换句 话说就是使用运动控制卡控制交流伺服 电机 。 具体细节如下，运动控制卡 内的运动控制模块 使用并行传输指令和相应数据法去提 高接 下来 的伺服系统控制性能和数据处理速度 。然后指 示Ｐ Ｃ Ｉ 总线与 Ｃ Ｐ Ｕ之 间进行通 信，接 收来 自
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促 进 高校科 研发 展 ，还 可 以作 为 本 科生 毕业 实习的 实验 平 台，提
高学生 真正 的动 手 能 力，促 进 学 生 实习。如今 ，随着科技的发展 ，
如 今 的 二 维 平 面 运 动 系统 实验 平
台逐 步 实现 全数 字 控制 ，本 文就 目前二 维平 面运 动 系统 实验 平 台
之间的相互作用 。
新能力 和实际动手能力 。本文就二维平面运动
控 制软 件 中需要 添加 相应 的模 块 ，针 对 系统实验 平台开发与培养学生相结合讨论实验 二维平 台运动 系统的应 用方面，我们添加的模 二 维平 面运 动系 统实验 平 台 的开发 无论 块 主要有 人机交 互模 块、设备安保模块 以及运 是 在 科 学研 究 方 面 还 是 在 帮 助 本 科 生 实 习方 面 和 实 习 的 结合 。 动控制模块等 ，接下来对这 几个模块进行逐一 均 具 有 较 重 要 的作 用 。对 于 科 学 研 究 方 面 ，二 １二维 平面运动 系统 介绍及工作原理 介 绍： 维平面运动 系统实验平台的开发不仅能促进 高
的开发展开讨论 。
图１ ：二 维 平 台运 动 系统 结 构 图
损 失。此外，机械台体还是为成像设备提供运
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设计（论文）任务书课程名称：学院：班级：学生姓名：学号：指导教师：一、题目通用两维运动平台设计二、目的与意义《专业综合设计2》课程设计是机械设计制造及其自动化专业实践性非常强的教学环节之一，是机械类高年级学生综合应用基础课、技术基础课、专业课等知识体系，将机械、驱动、传感及计算机控制有机地集成融合在一起，独立设计一种具有特定功能的机电装备。
通过本次课程设计，培养学生运用所学《机电装备设计》课程的知识，对典型机电装备的工作原理、组成要素及核心技术问题的分析能力；培养学生用《机电装备设计》的知识及相关知识体系，掌握如何将机械和电气驱动、检测技术和计算机控制融合在一起，如何构成一种性能优良、工作可靠及结构简单的机电装备的一般设计方法和规律，提高设计能力；通过设计实践，熟悉设计过程，学会正确使用资料、正确使用图书特别是电子图书资源、网络资源，查阅技术文献、设计计算、分析设计结果及绘制机械、电气图样，在机电一体化技术的运用上得到训练；通过课程设计的全过程，为学生提供一个较为充分的设计空间，使其在巩同所学知识的同时，强化创新意识，在设计实践中深刻领会机电装备设计的内涵。
三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）技术参数1、运动平台面尺寸：400×320；2、平台移动行程：X×Y＝250×200；3、夹具和工件总重：800N；4、最高运行速度：步进电机运行方式：空载：1.2m/min; 切削：0.6m/min；交流伺服电机运行方式：空载：15m/min;切削：6m/min；5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step；半闭环模式0.005mm/step；6、系统定位精度：开环模式±0.10mm；半闭环模式±0.01mm；7、切削负载：X向500N；Y向600N；Z向700N设计要求1、实现X-Y两坐标联动；2、用步进电机或交流伺服电机作驱动元件；3、设置工作台的越位报警和紧急事故的急停开关，并响应中断；4、任意平面曲线的加工，具有自动换象限的功能；5、平台具有快速驱动功能；6、平台具有断电手动调整功能。
图纸量和工作量要求1、机械总装配图在CAXA环境下绘制二维运动平台的结构图，并进行详细设计，最后用A1号图纸打印输出。
2、硬件电路图控制芯片可采用8031、80C31或基于PLC的运动控制技术，在Protel 99环境下，进行控制电路图的设计，电路图幅为A2～A1为宜。
3、设计说明书要严格按照内蒙古工业大学课程设计（论文）说明书书写规范认真撰写，说明书不少于6000字。
四、工作内容、进度安排1、总体设计分析、确定方案、设计计算------- --0.5周2、机械部分结构设计、装配图绘制----------------1.0周3、硬件电路设计----------------------------------------0.5周4、撰写说明书---------------------------------------------5天5、答辩-------------------------------------------------------2天五、主要参考文献[1] 林述温等. 机电装备设计[M].北京：机械工业出版社，2002.[2] 机床设计手册组.机床设计手册（三分册）[M].北京：机械工业出版社，1986.[3] 王爱玲.现代数控机床结构与设计[M].北京：兵器工业出版社，1999.[4] 尹志强等.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京：机械工业出版社，20097[5] 滚珠丝杠、线性滑轨[OL]. 汉意精工..[6] 滚珠丝杠、线性滑轨[OL].天津海特传动机械有限公司.[7] 步进电机及驱动器[OL].北京斯达微步控制技术有限公司.[8] 步进电机及驱动器、交流伺服电机及系统[OL].步进机电有限公司.[9] 伺服电机相关技术、直线运动产品、光电传感器[OL].深圳市湘聚事业有限公司，[10] RORZE高精度步进电机及驱动器[OL].北京伟恒升级团.[11] 步进联轴器，编码器联轴器，微型电机联轴器[OL].广州菱科自动化设备有限公司：[12] 日本富士、美国Copley等交流伺服电机[OL].重庆钧智自动化仪器控制有限公司[13] 山东博特精工股份有限公司：/index.asp[14]台达交流伺服电机等. [OL].台湾电子工业股份有限公司:/审核意见系（教研室）主任（签字）指导教师下达时间 2012 年 12 月 24 日指导教师签字：_______________摘要X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控机床的加工系统、纵横向进给、立体仓库中堆垛机的平面移动系统、平面绘图仪的绘图系统等,尽管结构和功能各不相同,但基本原理相同。
机电一体化系统是将机械系统与微电子系统结合而形成的一个有机整体。
本文通过对X-Y工作台即能沿着X向、Y 向移动的工作台的机械系统、控制系统及接口电路的设计,阐述了机电一体化系统设计对专业教学的意义及技术关键。
本次课程设计，主要设计和研究Ｘ－Ｙ工作台及其电气原理图。
确定Ｘ－Ｙ工作台的传动系统，并且选择了螺旋传动，验算了螺旋传动的刚度、稳定性及寿命等参数；并设计了导轨，据其用途和使用要求，选择了直线滚动导轨副，确定了其类型、转动力矩、转动惯量。
控制系统包括了系统电源配置、CPU电路、RAM、ROM扩展，键盘与显示、I/O通道接口、通信接口等。
我们利用了8031主控器、6264片外数据存储器、2764片外程序存储器、74LS373地址锁存器、74LS138片选地址译码器及8155、8255可编程I/O 扩展等MCS-51单片机设计其硬件电路图。
关键词：滚珠丝杠螺母副；直线滚动导轨副；步进电机；工作台；MCS—51单片机目录第一章二维运动平台总体设计方案 (3)1.1 系统运动方式的确定与驱动系统的选择 (6)1.2 机械传动方式 (6)1.3 计算机系统选择 (6)1.4 总体方案的确定 (7)第二章二维运动平台进给驱动系统机械部分设计计算 (8)2.1 要求 (6)2.1.1 技术参数 (8)2.1.2 设计要求 (8)2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (9)2.2.1 X向进给丝杠 (9)2.2.2 Y向进给丝杠 (13)2.3 滚动导轨的计算与选择 (15)2.3.1 滚动导轨副的额定寿命 (15)2. 4 步进电机的计算与选择 (12)2. 4. 1 步进电动机减速箱的选用 (12)2.4.2 转动惯量与转矩的计算 (17)2.5 联轴器的选择 (17)2.5.1联轴器的选择 (17)2.5.2联轴器的转矩 (17)2.5.3确定联轴器的型号 (17)第三章微机系统硬件电路设计 (18)3.1 计算机系统 (23)3.2 单片微机系统硬件电路设计内容 (23)3.2.1 绘制电气控制系统框图 (23)3.2.2 选择CPU的类型 (24)3.2.3 存储器扩展电路的设计 (24)3.2.4 I/O接口电路设计 (20)3.3 各类芯片简介 (25)3.3.1 8031芯片简介 (25)3.3.2 74LS373芯片简介 (25)3.3.374LS138芯片简介 (21)3.3.4 8279芯片简介 (21)3.3.5 8255芯片简介 (22)3.4 存储器扩展电路设计 (22)3.4.1 程序存储器ROM的扩展 (27)3.4.2 数据存储器RAM的扩展 (28)3.4.3 译码电路的设计 (28)3.5 I/O接口电路的设计 (28)3.5.1 8255可编程接口芯片 (29)3.6 8031的时钟电路 (29)3.7 复位电路 (29)3.8 越界报警电路 (29)3.9 控制系统的功能 (30)3.10 控制系统的工作原理 (30)参考文献 (26)第一章二维运动平台总体设计方案1.1 系统运动方式的确定与驱动系统的选择为了满足二维运动平台实现X.Y两坐标联动，任意平面曲面的加工，自动换象限，越位报警和急停等功能，故选择连续控制系统。
考虑到工作台的加工范围，只对毛坯料进行初加工，不考虑误差补偿，故采用开环控制系统，由于任务书规定的脉冲当量0.01mm,定位精度也为0.01mm，空载最快移动速度也只有1200mm/min，因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机电机进行驱动，以降低成本，提高性价比。
1.2 机械传动方式为了实现设计要求的分辨率，采用步进电机转动丝杠。
为了保证一定的传动精度和传动平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。
同时，为了提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。
1.3 计算机系统选择根据设计要求，采用8位微机。
由于MCS—51系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用MCS—51系列的8031、80C31、8155、8255等I/O扩展，基于DSP的运动控制芯片及微处理器技术。
控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路。
系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。
1.4 总体方案的确定图1—1 X —Y 数控工作台总体方案设计微机驱动器驱动器 步进电机步进电机 工作平台中拖板第二章二维运动平台进给驱动系统机械部分设计计算2.1 要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）2.1.1技术参数1、运动平台面尺寸：400×320；2、平台移动行程：X×Y＝250×200；3、夹具和工件总重： 800N；4、最高运行速度：步进电机运行方式：空载：1.2m/min; 切削：0.6m/min；交流伺服电机运行方式：空载：15m/min;切削：6m/min；5、系统分辨率：开环模式0.01mm/step；半闭环模式 0.005mm/step；6、系统定位精度：开环模式±0.10mm；半闭环模式±0.01mm；7、切削负载：X向500N；Y向600N；Z向700N2.1.2 设计要求1、实现X-Y两坐标联动；2、用步进电机或交流伺服电机作驱动元件；3、设置工作台的越位报警和紧急事故的急停开关，并响应中断；4、任意平面曲线的加工，具有自动换象限的功能；5、平台具有快速驱动功能；6、平台具有断电手动调整功能。
2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型2.2.1 X 向进给丝杠1、计算进给牵引力作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要包括切削时的走刀抗力以及移动件的重量和切削分力在导轨上的摩擦力。