摘 要

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1 课题来源及研究背景 3

1.2 国内外三轴运动平台的研究现状 3

1.2.1 国外研究概况 4

1.2.2 国内研究概况 5

1.3 本课题的主要研究内容 6

第二章 三轴运动平台的结构设计 7

2.1 三轴运动平台的设计要求 7

2.2 三轴运动平台的总体结构 7

2.3 三轴运动平台结构分析 8

2.4 三轴运动平台的电机及驱动器 10

2.4.1 压电陶瓷直线电机以及驱动器 10

2.4.2 交流伺服电机及驱动器 11

2.5 直线导轨及丝杠 11

2.6 光栅位置传感器 13

第三章 三轴运动平台的控制方案设计 14

3.1 X、Y轴的控制方案 14

3.2 Z轴的控制方案 15

3.3 控制系统的设备 16

3.3.1工业控制机的选择 16

3.3.2运动控制卡 17

3.4 运动控制卡与工控机的接口连接 17

3.4.1 运动控制卡与工控机的连接 17

第四章 控制系统的软件设计 20

4.1 人机的交互界面 20

4.1.1 系统的软件平台 20

4.1.2 系统软件编程工具 21

4.2 系统的初始化 22

第五章 总结 23

致谢 24

参考文献 25

摘 要

在现代生产技术的不断进步的浪潮之下，高精度设备近年来越来越多的被应用到实际生活中去，不仅仅在工业生产上，医学上、生物学等也对精度的要求逐渐提高。高精度三轴运动平台作为这个工业化社会的产物，其精度的要求更是越来越高，达到了一个无以复加的地步。

本篇论文首先阐述了国内外对三轴运动平台的研究现状，然后对三轴运动平台进行结构的设计以及控制系统的构建。根据相关的技术要求，确定三轴运动平台系统的组成部分和结构方案：通过闭环和半闭环的控制系统来进行对X方向和Y方向以及Z方向的精密定位。

本次课题主要利用AutoCAD、SolidWorks等绘图软件进行绘图以及三维模型的建立与运动的仿真。

关键词：三轴平台 高精度 模型 控制系统

Abstract

In the modern production technology under the wave of continuous progress, high-precision equipment in recent years more and more have been applied to the actual life, not only in industrial production, medicine, biology, but also the requirements of the gradual improvement of precision The High-precision three-axis movement platform as the product of this industrial society, the accuracy of its requirements is getting higher and higher, reached a point where nothing can be added.

This paper first describes the research status of the three-axis motion platform at home and abroad, and then designs the structure of the three-axis motion platform and the construction of the control system. According to the relevant technical requirements, determine the components and structure of the three-axis motion platform system: through the closed-loop and semi-closed-loop control system for the X direction and Y direction and Z direction of the precise positioning.

This topic mainly uses AutoCAD, SolidWorks and other drawing software for drawing and three-dimensional model of the establishment and movement of the simulation.

Key Words：Triaxial platform; High precision; Model; Control System.

绪论

课题来源及研究背景

近些年来，工业化进程持续加速，现代生产、科学都在快速地往细小的、高精度的方向发展。近年来微纳米技术的兴起，引发了一场往高精度方向的革命，主要体现在以下一些领域中：

1. 微型制造与精密加工
2. 生物细胞工程
3. 医疗科学
4. 扫描隧道显微镜与扫描探针显微镜
5. 光学调整

目前，高精度、高分辨率的精密运动的设备在现代前沿科技研究中显得至关重要。国际上各个国家纷纷加大对高精度、高效率和低成本的运动平台的研制。由此可见，高精度三轴运动平台已经成为前沿科学和工程技术的关键性技术[1]。

现在我国在这方面的研究跟一些发达国家比起来还比较落后，因此通过自我探索，突破对三轴运动平台核心技术的枷锁就显得尤为重要。

在高精度设备中，高精度运动平台主要负责实现设备的高精度运动[2]。现在主要有一维的、二维的和三维的运动平台，然而如今对三维空间中的高精度运动要求是已经是一维和二维的运动平台所不能满足的，所以，高精度三轴运动平台已经成为了高精度运动平台的主要研究方向[3]。

国内外三轴运动平台的研究现状

高精度的三轴平台作为其中的最关键的设备，无论是在科学研究过程中，还是在如今的现代工业生产中，都起到至关重要、无可替代的作用。以色列、日本、韩国、德国等一些科学技术比较领先的发达国家在对高精度运动平台的研究倾注了大量的精力，与此同时中国对高精度运动平台的探索在最近的这段时间里也获得了及其显著的成果。运动平台主要有小行程和大行程两种。本次毕业设计主要是针对高精度大行程的运动平台进行一些相关的研究与学习。

对于高精度的大行程运动平台而言，驱动技术是其关键，现选择一种全新环保的新型电机——压电陶瓷电机作为他的驱动。其结构和传统电机不一样——没有磁铁和线圈。他是通过压电陶瓷的逆压电效应使定子产生微幅超声振动，通过定子微小幅度的振动通过摩擦带动动子运动，将微振动转化为直线运动，并输出一定的推力[4]。

在如今的国内外大学校园中，三轴运动平台的研究频繁地出现在机电一体化、机械设计、数控控制等专业课堂上，同时直线电机运动控制的探索也从来没有停止过，为培养专门的技术人才做了很大的贡献。因此，三轴运动平台是当今机械自动化、机电一体化等现代数控系统中不可或缺的一件装备。

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