二維平面運動系統實驗平臺開發

鄭欽丞+李楊若晗

二維平面運動系統實驗平臺可以用于大學生機械運動及結構方面的分析平臺。而二維平面運動系統實驗平臺的開發不僅可以促進高校科研發展，還可以作為本科生畢業實習的實驗平臺，提高學生真正的動手能力，促進學生實習。如今，隨著科技的發展，如今的二維平面運動系統實驗平臺逐步實現全數字控制，本文就目前二維平面運動系統實驗平臺的開發展開討論。

【關鍵詞】二維平面運動 實驗平臺 科研開發

大學四年的學習不僅是使學生在專業知識上得到更高水平的培養，還會通過畢業實習等方式教會學生工作的實戰經驗。而且畢業實習是每個大學生畢業之前的“必修課”，但是就現在的國情來看，各大企業的員工人數已經達到超負荷狀態，在企業本來就不缺人手，再從企業的經濟效率和學生人身安全方面考慮，大部分企業對接受本科生生實習這件事都不喜歡點頭。對此，校方應從其他方向考慮畢業生實習問題。

畢業生實習不僅僅是在企業跑跑腿打打雜，而且如今各大企業不愿意招收實習生也是由于實習生的工作經驗少、思維嚴謹性不夠造成的。所以校方在校內建立各類畢業生實習基地也是一種鍛煉學生綜合素質的好方法。若將科研設備進行改造和開發與學生實習有機結合，即解決了學生實習問題又提高了學生的創新能力和實際動手能力。本文就二維平面運動系統實驗平臺開發與培養學生相結合討論實驗和實習的結合。

1 二維平面運動系統介紹及工作原理

首先對二維平面系統結構做一下簡單介紹，系統由三部分組成分別是上位機、伺服系統以及機械臺體，其結構如圖1所示。上位機主要作用是實現人機交互，實現對機械臺體的多方面控制，實驗過程中通過PCI總線與運動控制卡連接，屬于高性能工控機。伺服系統屬于中間環節負責系統中各部分的通訊聯系任務，同時還能完成系統的控制算法，主要有伺服驅動器、濾波器、轉接板以及扼流圈組成，其安裝地點處于工業機柜中。最后的機械臺體部分要確保運動部件按照特定的運動方向運動，所以需要包含兩組相互垂直的滾動直線導軌，這樣才能提高運動部件運動的靈敏性和精確性。為了確保系統運行的安全性以及設備和實習人員的人身安全，需要在特定的位置上安裝電氣和機械限位，避免設備損壞及人身財產損失。此外，機械臺體還是為成像設備提供運動的裝置。因此可以幫助學生實習時理解各部分設備的連接情況和控制關系，如圖1所示。

其次簡單介紹一下二維平面運動系統的工作原理，前面提到了系統運行的安全性和穩定性，所以在二維平面運動系統中我們采取了工控機與運動控制卡相結合的控制結構，換句話說就是使用運動控制卡控制交流伺服電機。具體細節如下，運動控制卡內的運動控制模塊使用并行傳輸指令和相應數據法去提高接下來的伺服系統控制性能和數據處理速度。然后指示PCI總線與CPU之間進行通信，接收來自PC的控制指令，指令傳達到后，內部電路進行相應運算，得出準確的控制信號，最終傳遞給動力和執行裝置，完成二維平面運動控制功能。

2 數字化控制軟件設計

對二維平臺運動系統的內部結構及其原理進行講解之后，我們應該就其運動控制軟件進行設計，這里我們利用Windows系統在人機交互方面的優點，使用此系統研究控制軟件。

控制軟件中需要添加相應的模塊，針對二維平臺運動系統的應用方面，我們添加的模塊主要有人機交互模塊、設備安保模塊以及運動控制模塊等，接下來對這幾個模塊進行逐一介紹：

2.1 人機交互模塊

人機交互模塊主要用于狀態顯示和人機交互，開發后的界面應實現以按鈕點擊形式做到運動復位、找尋原點位置、手動運行、運動軌跡輸入、運動軌跡復核、實時繪制運動曲線及反應運動情況及當前位置等功能。由于是人機交互的頁面，在顯示功能中應給出設備的運動情況以供工作人員對運動狀態的分析，還要給出必要的故障顯示提示，避免實習人員進行違規操作。

2.2 設備安保模塊

設備安保模塊主要目的是對相關設備起到保護作用。眾所周知，對于不同的設備來說，其各類參數的調節情況一般都處于一個范圍內，這樣才能保證設備的正常運行。二維平面運動系統的相關設備也需要進行這樣的保護措施，通常我們設置的參數可以看做是設備保護參數，此參數僅有管理員可以進行調整，這樣就能確保實習學生在使用時避免由于參數設置不當而對儀器造成損壞。

2.3 運動控制模塊

前面提到了軟件界面的相關運動軌跡繪制及輸入模式，那么就應該在系統中裝入運動控制模塊，這樣才能實現系統對運動軌跡的跟蹤和控制，其中包括手動運動控制和復位運動控制。手動運動控制的要求不高，由于手動輸入其到達位置就可完成運動控制，所以其要求不高，控制較方便。對于復位運動控制，它指的是針對于軟件保護的運動控制方式，首先是負載達到設置的原點，其次在顯微開關的限制下確保負載的全部運行位置極限。

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

3 小結

二維平面運動系統實驗平臺的開發無論是在科學研究方面還是在幫助本科生實習方面均具有較重要的作用。對于科學研究方面，二維平面運動系統實驗平臺的開發不僅能促進高校科學研究層次的發展，還能提高學校師生綜合素質；對于本科生實習方面，二維平面運動系統實驗平臺的開發給予了實習學生更好的實習機會，在解決本科生實習問題的前提下，還提高了本科生的動手能力。實踐能力及創新能力，為他們走向工作崗位做好準備。

參考文獻

[1]霍炬，龔聲民，齊超.二維平面運動系統實驗平臺開發[J].實驗技術與管理，2013（30）.

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

作者單位

禹州市第一高級中學 河南省禹州市 461670