空間直線插補(bǔ)三軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　摘 要：為了進(jìn)一步改善數(shù)控設(shè)備中三軸機(jī)械手?jǐn)?shù)控系統(tǒng)的性能與可靠性，設(shè)計(jì)一種基于 STM32 單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的三軸聯(lián)動(dòng)控制控制系統(tǒng)。系統(tǒng)以 STM32F103ZET6 處理器為核心控制器，以步進(jìn)電機(jī)和三軸機(jī)械手為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)合互相獨(dú)立的硬件形成統(tǒng)一的整體;系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的任務(wù)路徑坐標(biāo)，在三維空間中進(jìn)行連續(xù)空間直線插補(bǔ)，控制三軸機(jī)械手末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)精確穩(wěn)定的三軸聯(lián)動(dòng)控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)定位精度高，響應(yīng)速度快，且便于移植，在工業(yè)生產(chǎn)中用途廣泛，可有效提高生產(chǎn)效率。

　　關(guān)鍵詞：空間直線插補(bǔ);三軸聯(lián)動(dòng)控制;STM32;三軸機(jī)械手;步進(jìn)電機(jī)

　　周佳明; 張宏， 宜賓學(xué)院學(xué)報(bào) 發(fā)表時(shí)間：2021-11-18

　　計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制(CNC)系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)，通過(guò)數(shù)字信號(hào)控制執(zhí)行器的開關(guān)量和機(jī)械量，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制運(yùn)動(dòng)單元的速度、加速度、位置等物理量。肖蘇華[1]采用領(lǐng)域?yàn)檩d體、模型為中心的方法開發(fā)計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，針對(duì)數(shù)控領(lǐng)域進(jìn)行特性分析，提出了一種面向 CNC 系統(tǒng)領(lǐng)域的 CNCVFC 元建模方法。近年來(lái)，隨著 SOC 技術(shù)的普及，核心控制器向小型化的方向發(fā)展，低廉的嵌入式芯片出現(xiàn)井噴現(xiàn)象，嵌入式數(shù)控系統(tǒng)[2]得到快速發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)嵌入式數(shù)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性開展研究。張敏[3]分析了嵌入式控制器的重要電路工作原理，設(shè)計(jì)了以 STM32 為核心控制器的電路原理圖以及 PCB 圖，制作出樣機(jī)設(shè)備，并做了相關(guān)的可靠性試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析，確定了一種體積小、功能強(qiáng)大、成本低廉的插補(bǔ)系統(tǒng)的研發(fā)方向。目前，典型開放的嵌入式數(shù)控系統(tǒng)有 Grbl、Marlin、Sprinter，開發(fā)人員只需做好相關(guān)的硬件配置，便可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速移植，并大大降低研發(fā)和生產(chǎn)成本。

　　另一方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)自動(dòng)化的快速發(fā)展，三軸機(jī)械手[4]在數(shù)控機(jī)床[5] 、 3D 打印[6] 、醫(yī)療器械等高精度領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。由于機(jī)床的加工精度、加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率在很大程度上取決于數(shù)控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能和精度，因而要求數(shù)控機(jī)床的核心控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定的多軸聯(lián)動(dòng)控制性能[7] ，能根據(jù)指令信號(hào)精確地控制各軸步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度，并能按照任務(wù)坐標(biāo)軌跡在三維空間中精確作業(yè)。這些工業(yè)生產(chǎn)的需求，對(duì)數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求。基于上述背景，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的三軸聯(lián)動(dòng)控制和任務(wù)軌跡跟蹤為目標(biāo)，本文設(shè)計(jì)了一種以 STM32 單片機(jī)為核心控制器的三軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，采用步進(jìn)電機(jī)和三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，能夠根據(jù)任務(wù)坐標(biāo)連續(xù)進(jìn)行空間直線插補(bǔ)，控制末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)軌跡。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與方案設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)由 STM32F103ZET6 核心控制器、串口通信模塊、光電隔離模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、按鍵控制、LED 指示模塊和三軸機(jī)械手等組成，能夠在空間坐標(biāo)內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確定位，完成任務(wù)路徑跟蹤及相關(guān)作業(yè)。機(jī)械手為通用模塊，通過(guò)更換機(jī)械手的末端執(zhí)行器和上位機(jī)指令可以改變其用途和功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀、3D 打印、跟蹤焊接[8]等功能。

　　1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

　　STM32F103ZET6 核心控制器輸出 PWM 脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)，同時(shí)將任務(wù)路徑與當(dāng)前位置進(jìn)行比較，經(jīng)空間直線插補(bǔ)算法，輸出進(jìn)給信號(hào)控制三軸機(jī)械手末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)軌跡。為了便于人工控制，除上位機(jī)串口外，通過(guò)機(jī)械按鍵可控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)和停止，LED 指示燈指示電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1 所示。

　　1.3 程序流程設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的程序流程如圖 2 所示，進(jìn)入主程序后，先對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘、步進(jìn)電機(jī)、串口、及相關(guān)外設(shè)進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入主循環(huán)程序。在循環(huán)程序中，重復(fù)進(jìn)行按鍵掃描，當(dāng)檢測(cè)到按鍵 1 被按下，使能步進(jìn)電機(jī)和 PWM 脈沖輸出，并點(diǎn)亮電機(jī)狀態(tài)指示燈，開啟定時(shí)器插補(bǔ)中斷，在插補(bǔ)中斷中判斷當(dāng)前位置和預(yù)定路徑位置的偏差并給定相應(yīng)脈沖信號(hào)，進(jìn)行空間直線插補(bǔ)，直到執(zhí)行機(jī)構(gòu)走完任務(wù)路徑，失能步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)狀態(tài)指示燈熄滅;當(dāng)檢測(cè)到按鍵 2 按下，再次使能步進(jìn)電機(jī)，使末端執(zhí)行器回到初始起點(diǎn)位置，為設(shè)備的下一次使用做準(zhǔn)備。

　　2 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件電路主要包括 STM32 單片機(jī)控制模塊、光耦隔離模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、編碼器模塊、電源模塊、按鍵控制模塊和串口通信模塊。

　　2.1 STM32 核心控制器

　　三軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)采用 STM32F103ZET6 作為運(yùn)動(dòng)控制器，它是一高性能 ARM Cotex-M3 內(nèi)核的 32 位微控制器，主頻 72 MHz，有 144 個(gè)引腳、112 個(gè) IO、512 KB flash 和 64 KB SRAM，擁有強(qiáng)大的數(shù)字處理功能，具有運(yùn)行速度快、功耗低的特點(diǎn)。其高級(jí)定時(shí)器和通用定時(shí)器可以輸出精準(zhǔn)高頻的 PWM 信號(hào)，從而精確控制步進(jìn)電機(jī)。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的軌跡運(yùn)算以及和外圍設(shè)備交互、與上位機(jī)及存儲(chǔ)芯片通信[9-10] 。 STM32F103ZET6 最小系統(tǒng)如圖 3 所示。

　　2.2 光耦隔離模塊

　　光電耦合器(簡(jiǎn)稱光耦)是一種半導(dǎo)體光電子器件，通過(guò)電→光→電的轉(zhuǎn)換傳輸電信號(hào)，一般用于隔離和保護(hù)電路。由于具有體積小、壽命長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)、輸出與輸入隔離和單向傳輸信號(hào)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路中。本文設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用光耦隔離電路對(duì)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)輸出進(jìn)行隔離，達(dá)到保護(hù)和隔離控制電路的目的[11] 。光電耦合電路如圖 4 所示。

　　2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

　　2.3.1 步進(jìn)電機(jī)

　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移的控制器件(如圖 5)，具有快速啟停的能力。在額定工作條件下，電機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)角位移僅與脈沖信號(hào)的頻率和脈沖個(gè)數(shù)有關(guān)。接收到的脈沖數(shù)越多，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角就越大。脈沖頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，但不能超過(guò)最高頻率，否則轉(zhuǎn)矩將迅速降低，電動(dòng)機(jī)停止旋轉(zhuǎn)[12] 。混合式步進(jìn)電機(jī)兼具反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，具有精度高、步距角小、輸出轉(zhuǎn)矩大、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，在高精度控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[13]。本文選用了三個(gè) 57 閉環(huán)混合式步進(jìn)電機(jī)作為三軸機(jī)械手驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

　　2.3.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

　　由于本系統(tǒng)要求的精度較高，步進(jìn)電機(jī)的步距角無(wú)法滿足系統(tǒng)的使用要求，因此需要使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)的步距角進(jìn)行細(xì)分。本系統(tǒng)使用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)物圖及其型號(hào)參數(shù)如圖 6 所示，它是一種將控制器輸出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)角位移的執(zhí)行器件，其輸出的角位移與輸入脈沖數(shù)成比例，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。通過(guò)控制脈沖頻率，能夠控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速和定位。

　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃

　　3.1 PWM 脈沖與速度設(shè)計(jì)

　　為了能夠穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，需要用使用核心控制器 STM32 單片機(jī)輸出一定頻率的 PWM 脈沖，以控制步進(jìn)電機(jī)的啟停、步進(jìn)方向及其旋轉(zhuǎn)速度[14-15]。以本系統(tǒng)使用的三軸機(jī)械手為例，需要控制三個(gè)不同的步進(jìn)電機(jī)。如果要求三個(gè)步進(jìn)電機(jī)的速度相同，則只需使用同一個(gè)通用定時(shí)器或高級(jí)定時(shí)器的三個(gè)不同的輸出通道即可。在本系統(tǒng)中，定時(shí)器選用高級(jí)定時(shí)器 TIM8，PWM 模式選用模式 2，已知 STM32F103ZET6 的高級(jí)定時(shí)器 TIM8 的時(shí)鐘頻率為 72 MHz，設(shè) PWM 周期為T(μs)，則每隔時(shí)間T 產(chǎn)生一次插補(bǔ)中斷，那么可以建立等式： ( 1)( 1) 72 psc arr T + + = 其中： psc 為預(yù)分頻系數(shù)，arr 為計(jì)數(shù)器重裝載值。

　　由上式可知，PWM 的周期與預(yù)分頻系數(shù) psc 和計(jì)數(shù)器重裝載值arr 成正比，又因?yàn)轭l率是周期的倒數(shù)，則 PWM 的頻率與預(yù)分頻系數(shù) psc 和計(jì)數(shù)器重裝載值arr 成反比，一般來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)改變計(jì)數(shù)器重裝載值arr 來(lái)控制 PWM 的脈沖頻率，改變頻率就可以改變步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度;但這個(gè)頻率必須小于步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率，否則電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。

　　3.2 任務(wù)軌跡規(guī)劃

　　在三軸機(jī)器人完成給定的任務(wù)之前，需要進(jìn)行軌跡規(guī)劃，軌跡規(guī)劃時(shí)一般將連續(xù)的路徑軌跡進(jìn)行離散化，用離散點(diǎn)“內(nèi)插”或“逼近”任務(wù)軌跡。當(dāng)離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)分散時(shí)，離散點(diǎn)之間的間隔較大，該間隔成為插補(bǔ)盲區(qū)，從而產(chǎn)生了實(shí)際軌跡和理論軌跡的誤差。在提出的多項(xiàng)式中，對(duì)理想笛卡爾軌跡進(jìn)行了均勻采樣。采樣點(diǎn)的數(shù)目被步進(jìn)電機(jī)步距角大小和細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的精度限制，其精度越高，能夠設(shè)置的采樣點(diǎn)就越多[16-17] 。如圖 7 所示，設(shè)在笛卡爾坐標(biāo)系中，空間中的任意一點(diǎn)為 , , Px y z ( e ee)，只要設(shè)定一條路徑曲線公式，便可通過(guò)采樣獲得多個(gè)離散的三維坐標(biāo)點(diǎn)，再由通訊接口將離散點(diǎn)發(fā)送給核心控制器完成相應(yīng)動(dòng)作。

　　基于三維直角坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃比較直觀，通常能直觀地看到末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)軌跡，也能達(dá)到較高的精度。本文使用 MATLAB 模擬了一條笛卡爾坐標(biāo)系下的光滑軌跡，如圖 8 所示。

　　根據(jù)三軸機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型以及相關(guān)參數(shù)，可將空間中軌跡的離散坐標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)及旋轉(zhuǎn)角度，在 STM32 的軟件程序中生成離散的三維位置信息坐標(biāo)，作為目標(biāo)終點(diǎn)信號(hào)控制各軸上的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。

　　4 空間直線插補(bǔ)

　　插補(bǔ)概念源于數(shù)值分析數(shù)學(xué)中的插值，它是一種在已知離散點(diǎn)范圍內(nèi)構(gòu)造新數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法。插補(bǔ)指的是數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)的特性，用微小折線段來(lái)近似替代連續(xù)曲線的過(guò)程。這種方法在數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，是數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的重要組成部分。數(shù)控系統(tǒng)中刀具的移動(dòng)與步進(jìn)或伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)相關(guān)，脈沖通常作為步進(jìn)或伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)源，因而在數(shù)控系統(tǒng)中的插補(bǔ)過(guò)程稱為脈沖增量插補(bǔ)，常見脈沖增量插補(bǔ)算法有數(shù)字積分法、逐點(diǎn)比較法和Bresenham法等。為了使插補(bǔ)算法更具一般性，通常將曲線軌跡按照特定的規(guī)則或算法打斷成若干段連續(xù)的微小直線段，而后采用直線插補(bǔ)算法完成插補(bǔ)過(guò)程[18-19] 。

　　4.1 逐點(diǎn)比較法

　　逐點(diǎn)比較法[20]是插補(bǔ)算法中應(yīng)用最廣泛的一種。它既可用作直線插補(bǔ)也可以作圓弧插補(bǔ)，其逼近誤差小于一個(gè)脈沖當(dāng)量，輸出脈沖的速度變化小，輸出脈沖均勻，調(diào)節(jié)方便且操作直觀，因此它被廣泛地應(yīng)用于具有多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床[21]。本文采用逐點(diǎn)比較法對(duì)第一象限點(diǎn)的線性插補(bǔ)原理進(jìn)行了分析，再過(guò)渡到任意象限的直線插補(bǔ)，分別給出計(jì)算過(guò)程和計(jì)算公式。逐點(diǎn)比較法的直線插補(bǔ)步驟如圖 9 所示。

　　4.2 第一象限內(nèi)的插補(bǔ)

　　4.2.1 偏差判別

　　偏差判別就是判斷當(dāng)前加工點(diǎn)和理論加工點(diǎn)之間的相對(duì)位置偏差，決定下一步 X 、 Y 軸的運(yùn)動(dòng)方向。如圖 10 所示，建立平面直角坐標(biāo)系，要加工的空間軌跡為線段OE ， OE 是以坐標(biāo)原點(diǎn)O為起點(diǎn)、以 ( ,) EX Ye e 為終點(diǎn)的平面直線段，點(diǎn) ( ,) PX Yi i 表示加工點(diǎn)位置。為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，設(shè) Xe 、Ye、Ze 均在第一象限，設(shè)加工點(diǎn)與OE 的偏差為 Fi ，則： F XY XY i ei ie = − 若 0 Fi = ，表示動(dòng)點(diǎn) P 在直線OE 內(nèi);若 0 Fi > ，表示動(dòng)點(diǎn) P 在直線OE 的上方;若 0 Fi < ，表示動(dòng)點(diǎn) P 在直線OE 的下方。

　　4.2.2 坐標(biāo)進(jìn)給

　　坐標(biāo)進(jìn)給就是根據(jù)計(jì)算出的偏差，控制指定坐標(biāo)軸進(jìn)給一個(gè)脈沖，逼近理論值，減小誤差。如圖 11 所示，當(dāng) 0 Fi = 時(shí)，動(dòng)點(diǎn) P 在直線內(nèi)，可向+X 方向進(jìn)給一步，也可向+Y 方向進(jìn)給一步，此處規(guī)定向+X 方向進(jìn)給;當(dāng) 0 Fi > 時(shí)，動(dòng)點(diǎn)+Y 在直線上方，應(yīng)該向+X 方向進(jìn)給一步;當(dāng) 0 Fi < 時(shí)，動(dòng)點(diǎn) P 在直線下方，應(yīng)該向+Y 方向進(jìn)給一步。

　　4.2.3 偏差計(jì)算

　　當(dāng) 0 Fi ≥ 時(shí)，加工動(dòng)點(diǎn)向 +X 方向進(jìn)給一步，生成一個(gè)新的動(dòng)點(diǎn) Pi+1 ，設(shè)其坐標(biāo)為 1 1 ( ,) X Y i i + + ，則新動(dòng)點(diǎn)的偏差值 Fi+1計(jì)算公式為： F XY X Y i ei i e + ++ 1 11 = − (1)又因?yàn)閯?dòng)點(diǎn) Pi+1 的坐標(biāo)可由 P 點(diǎn)表示： 1 1 X X i i + = + (2) Y Y i i +1 = (3)將公式(2)、(3)代入公式(1)中，經(jīng)化簡(jiǎn)可得新的偏差遞推公式： F FY i ie +1 = − (4)同理可得，當(dāng) 0 Fi < ，加工動(dòng)點(diǎn)向+Y 方向進(jìn)給一步后的新偏差值遞推公式為： F FX i ie +1 = + (5)

　　4.2.4 終點(diǎn)判別

　　終點(diǎn)判別就是要判斷是否到達(dá)加工終點(diǎn)，如果到達(dá)終點(diǎn)則停止插補(bǔ)，如過(guò)沒有到達(dá)終點(diǎn)則回到第一個(gè)步驟，不斷重復(fù)整個(gè)過(guò)程，直到到達(dá)軌跡終點(diǎn)。常用的終點(diǎn)判別方法有投影法，終點(diǎn)坐標(biāo)法和總步長(zhǎng)法。本文選取總步長(zhǎng)法做插補(bǔ)終點(diǎn)判別。

　　4.3 任意象限的插補(bǔ)

　　由第一象限直線插補(bǔ)公式可推導(dǎo)出其它任意象限的直線插補(bǔ)公式，偏差計(jì)算公式基本相同，利用坐標(biāo)系的絕對(duì)值來(lái)計(jì)算誤差值。任意象限的插補(bǔ)如圖 12 所示，設(shè) L1、L2、 L3、L4 分別表示第 1、2、3、4 象限的直線，則任意象限直線插補(bǔ)的 X 、Y 軸進(jìn)給方向如表 1 所示。

　　4.4 空間插補(bǔ)原理

　　如圖 13(a)所示，建立空間直角坐標(biāo)系，設(shè)加工軌跡OE 是以坐標(biāo)原點(diǎn)O為起點(diǎn)，以 ( ,, ) EX Y Z ee e 為終點(diǎn)的空間直線段。設(shè)、Ye、Ze 均為正值，將坐標(biāo)系中的直線OE 分別作兩個(gè)二維平面的投影，并以 X 軸為基軸建立兩個(gè)平面坐標(biāo)系 XOY 和 XOZ ，投影到二維平面 XOY 和 XOZ 后如圖 13(b)、13(c)所示，三維空間中的插補(bǔ)就可以分解成二維平面的插補(bǔ)。

　　4.5 空間插補(bǔ)程序流程

　　空間直線插補(bǔ)算法其計(jì)算流程[22]如圖 14 所示， Xe 、Ye、Ze 分別表示 X 、Y 、Z 三軸的終點(diǎn)坐標(biāo)，F(xiàn)i 、 i S 分別表示投影到 XOY 和 XOZ 平面的偏差，End 等于終點(diǎn)坐標(biāo)值之和，即表示總步長(zhǎng)，用于終點(diǎn)判別。

　　5 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

　　(1)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

　　①搭建硬件平臺(tái)，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行接線。 ②將上位機(jī)編譯的程序?qū)懭?STM32 單片機(jī)。 ③打開電源使系統(tǒng)上電，觀察到指示燈點(diǎn)亮。 ④按下按鍵 1，觀察三軸機(jī)械手是否按照指定路徑運(yùn)動(dòng)。 ⑤按下按鍵 2，觀察三軸機(jī)械手是否能夠返回到初始位置。

　　(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　按下按鍵 1 后，啟動(dòng)狀態(tài)指示燈點(diǎn)亮，三軸機(jī)械手按照任務(wù)軌跡平穩(wěn)運(yùn)行，到達(dá)終點(diǎn)位置后電機(jī)停止，狀態(tài)指示燈熄滅;按下按鍵 2 后，啟動(dòng)狀態(tài)指示燈再次點(diǎn)亮，三軸機(jī)械平穩(wěn)運(yùn)行，到達(dá)初始位置后停止，狀態(tài)指示燈熄滅;整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程平穩(wěn)可靠，達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 15 所示。

　　6 結(jié)語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)的基于 STM32 單片機(jī)和空間直線插補(bǔ)的三軸聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三軸機(jī)械手進(jìn)行空間直線插補(bǔ)，能夠精確穩(wěn)定地控制末端執(zhí)行器跟蹤任務(wù)路徑坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的三軸聯(lián)動(dòng)控制。該系統(tǒng)硬件電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，軟件程序邏輯清晰且易于移植。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)具備可實(shí)現(xiàn)性，在工業(yè)生產(chǎn)中用途廣泛，對(duì)提高工業(yè)生產(chǎn)效率具有重要意義，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。