本發(fā)明屬于噴印機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無線直線關(guān)節(jié)型自動噴印系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著商品經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對于商品包裝的噴印需求也越來越大。大型企業(yè)往往在其流水生產(chǎn)線上設(shè)置自動噴印裝置，從而高效便捷的解決噴印需求。這類噴印裝置功能強(qiáng)大，價(jià)格昂貴。然而目前國內(nèi)市場尚缺乏適用于個體經(jīng)營者與網(wǎng)店經(jīng)營者的廉價(jià)易操作的小型噴印裝置，所以這部分經(jīng)營者還需找專門提供噴印服務(wù)的企業(yè)解決噴印需求，這給他們的生產(chǎn)經(jīng)營造成了一定的不便和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供一種無線直線關(guān)節(jié)型自動噴印系統(tǒng)，可以可噴印三種不同大小的26個大寫英文字母。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種無線直線關(guān)節(jié)型自動噴印系統(tǒng)，包括工作臺面，還包括上位機(jī)、單片機(jī)、三個伺服控制器、三個伺服電機(jī)、三自由度噴印臺和無線通信模塊，每個伺服電機(jī)均通過一個伺服控制器連接單片機(jī)，所述單片機(jī)和上位機(jī)之間通過無線通信模塊通信，所述三自由度噴印臺包括X導(dǎo)軌、Y導(dǎo)軌和Z導(dǎo)軌，所述工作臺面上安裝有Y導(dǎo)軌，所述Y導(dǎo)軌上安裝有與其相互垂直的X導(dǎo)軌，所述X導(dǎo)軌在Y導(dǎo)軌內(nèi)橫向運(yùn)動，所述X導(dǎo)軌的一端連接 有伺服電機(jī)，所述X導(dǎo)軌上安裝有載物臺，所述載物臺在X導(dǎo)軌內(nèi)縱向運(yùn)動，所述Y導(dǎo)軌的一端連接有伺服電機(jī)，Y導(dǎo)軌的另一端連接Z導(dǎo)軌的底部，所述Z導(dǎo)軌的頂部連接有伺服電機(jī)，所述Z導(dǎo)軌垂直于工作臺面，所述Z導(dǎo)軌內(nèi)安裝有噴頭，所述噴頭在Z導(dǎo)軌內(nèi)上下運(yùn)動。

進(jìn)一步的，所述X導(dǎo)軌、Y導(dǎo)軌和Z導(dǎo)軌的兩端均安裝有限位開關(guān)，所述限位開關(guān)與單片機(jī)相接。

優(yōu)選的，所述單片機(jī)的型號為STC89C52；所述伺服電機(jī)的品牌及型號為東友6CC401G-3DEBEAS；所述伺服控制器的品牌和型號為東友ESDA-20B；所述無線通信模塊的型號為ESP8266。

進(jìn)一步的，所述上位機(jī)為移動終端，優(yōu)選的，移動終端為手機(jī)或平板電腦。

進(jìn)一步的，所述移動終端內(nèi)設(shè)置有按鍵向單片機(jī)收發(fā)指令，所述按鍵包括31個鍵，31個鍵分別為26個英文字母、數(shù)字鍵1-3、發(fā)送鍵、開始鍵和結(jié)束鍵。

優(yōu)選的，數(shù)字鍵1-3為3個字號選擇鍵。

進(jìn)一步的，每個伺服控制器CN1端口的引腳PP，PN，DP，DN分別連接單片機(jī)的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，CN1端口的引腳PP，PN，DP，DN用于接收單片機(jī)輸出的脈沖，單片機(jī)輸出CW/CCW脈沖波，當(dāng)PP，PN接收脈沖波時電機(jī)正轉(zhuǎn)，DP，DN接收脈沖波時電機(jī)反轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述單片機(jī)STC89C52的串口收發(fā)引腳P3.0和P3.1與無線通信模塊ESP8266的引腳TXD、RXD相連，用于單片機(jī)與上位機(jī)的無線通 信。

進(jìn)一步的，所述伺服電機(jī)通過驅(qū)動電纜連接伺服驅(qū)動器，用于接受伺服控制器控制；伺服控制器的CN1端口的引腳10和22與24V開關(guān)電源連接。

進(jìn)一步的，所述單片機(jī)設(shè)置有一個串口數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和一個待處理數(shù)據(jù)區(qū)，將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和待處理數(shù)據(jù)區(qū)合并到一個數(shù)組里，前270字節(jié)是數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，后面全部是待處理數(shù)據(jù)區(qū)；等待3s秒判斷是否有新串口數(shù)據(jù)進(jìn)入，若無則接收完畢，若有，返回重新識別；數(shù)據(jù)接收完畢后將數(shù)據(jù)全部復(fù)制到待處理數(shù)據(jù)區(qū)，當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖過長則將占用待處理數(shù)據(jù)區(qū)，當(dāng)不使用待處理區(qū)時，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)也作為待處理數(shù)據(jù)區(qū)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明滿足字母噴印作業(yè)的要求，可幫助小經(jīng)營戶提升自動化生產(chǎn)水平，并且可開發(fā)其他類似三自由度自動化生產(chǎn)設(shè)備提供可移植的平臺與經(jīng)驗(yàn)。另外，本發(fā)明噴印系統(tǒng)的原型與諸多自動化裝備相類似，如將噴頭換成鉆頭可以雕刻立體圖案，甚至換成激光頭可以作為激光生產(chǎn)設(shè)備。故本發(fā)明系統(tǒng)具有較好的移植性與可開發(fā)性，適合進(jìn)一步深入研究與發(fā)展。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是本發(fā)明的引腳連接圖；

圖4是本發(fā)明的脈沖控制波形示意圖；

其中：1-Z導(dǎo)軌，2-載物臺，3-X導(dǎo)軌，4-伺服電機(jī)，5-Y導(dǎo)軌。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1-4所述，一種無線直線關(guān)節(jié)型自動噴印系統(tǒng)，包括工作臺面，還包括上位機(jī)、單片機(jī)、三個伺服控制器、三個伺服電機(jī)、三自由度噴印臺和無線通信模塊，每個伺服電機(jī)均通過一個伺服控制器連接單片機(jī)，所述單片機(jī)和上位機(jī)之間通過無線通信模塊通信，所述三自由度噴印臺包括X導(dǎo)軌、Y導(dǎo)軌和Z導(dǎo)軌，所述工作臺面上安裝有Y導(dǎo)軌，所述Y導(dǎo)軌上安裝有與其相互垂直的X導(dǎo)軌，所述X導(dǎo)軌在Y導(dǎo)軌內(nèi)橫向運(yùn)動，所述X導(dǎo)軌的一端連接有伺服電機(jī)，所述X導(dǎo)軌上安裝有載物臺，所述載物臺在X導(dǎo)軌內(nèi)縱向運(yùn)動，所述Y導(dǎo)軌的一端連接有伺服電機(jī)，Y導(dǎo)軌的另一端連接Z導(dǎo)軌的底部，所述Z導(dǎo)軌的頂部連接有伺服電機(jī)，所述Z導(dǎo)軌垂直于工作臺面，所述Z導(dǎo)軌內(nèi)安裝有噴頭，所述噴頭在Z導(dǎo)軌內(nèi)上下運(yùn)動。

所述X導(dǎo)軌、Y導(dǎo)軌和Z導(dǎo)軌的兩端均安裝有限位開關(guān)，所述限位開關(guān)與單片機(jī)相接。

所述單片機(jī)的型號為STC89C52；所述伺服電機(jī)的品牌及型號為東友6CC401G-3DEBEAS；所述伺服控制器的品牌和型號為東友ESDA-20B；所述無線通信模塊的型號為ESP8266；所述上位機(jī)為移動終端，移動終端為手機(jī)或平板電腦。

所述移動終端內(nèi)設(shè)置有按鍵向單片機(jī)收發(fā)指令，所述按鍵包括31個鍵，31個鍵分別為26個英文字母、數(shù)字鍵1-3、發(fā)送鍵、開始鍵和結(jié)束鍵，數(shù) 字鍵1-3為3個字號選擇鍵。

所述伺服控制器包括對伺服電機(jī)的位置控制模式、速度控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式，所述位置控制模式用于控制相對應(yīng)的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動，在位置控制模式時，伺服控制器接收單片機(jī)發(fā)送的脈沖信號，經(jīng)過電子齒輪分倍后輸出給相對應(yīng)的伺服電機(jī)。一般市面上買到的伺服控制器都有這三種控制模式。

每個伺服控制器CN1端口的引腳PP，PN，DP，DN分別連接單片機(jī)的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3，CN1端口的引腳PP，PN，DP，DN用于接收單片機(jī)輸出的脈沖，單片機(jī)輸出CW/CCW脈沖波，當(dāng)PP，PN接收脈沖波時電機(jī)正轉(zhuǎn)，DP，DN接收脈沖波時電機(jī)反轉(zhuǎn)。在位置控制模式時，伺服控制器CN1端口的引腳PP，PN，DP，DN用于接收單片機(jī)輸出的脈沖，本發(fā)明用單片機(jī)輸出CW/CCW脈沖波示意圖如圖4所示(8區(qū)域?yàn)檎D(zhuǎn)，9區(qū)域?yàn)榉崔D(zhuǎn))，當(dāng)PP，PN接收脈沖時電機(jī)正轉(zhuǎn)，DP，DN接收脈沖時電機(jī)反轉(zhuǎn)。

所述單片機(jī)STC89C52的串口收發(fā)引腳P3.0和P3.1與無線通信模塊ESP8266的引腳TXD、RXD相連，用于單片機(jī)與上位機(jī)的無線通信。

所述伺服電機(jī)通過驅(qū)動電纜連接伺服驅(qū)動器，用于接受伺服控制器控制；伺服控制器的CN1端口的引腳10和22與24V開關(guān)電源連接。

所述單片機(jī)設(shè)置有一個串口數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和一個待處理數(shù)據(jù)區(qū)，將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和待處理數(shù)據(jù)區(qū)合并到一個數(shù)組里，前270字節(jié)是數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，后面全部是待處理數(shù)據(jù)區(qū)；等待3s秒判斷是否有新串口數(shù)據(jù)進(jìn)入，若無則接 收完畢，若有，返回重新識別；數(shù)據(jù)接收完畢后將數(shù)據(jù)全部復(fù)制到待處理數(shù)據(jù)區(qū)，當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖過長則將占用待處理數(shù)據(jù)區(qū)，當(dāng)不使用待處理區(qū)時，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)也作為待處理數(shù)據(jù)區(qū)。

三支移動導(dǎo)軌的絲杠螺距均為5mm，即電機(jī)每轉(zhuǎn)過一周載物臺或噴頭會平移5mm距離。限位開關(guān)放置在導(dǎo)軌兩側(cè)，如果移動導(dǎo)軌裝上開關(guān)，整臺機(jī)器立刻斷電停止工作，防止移動導(dǎo)軌超出行程造成撞擊。

由于噴頭上下移動，噴印字母的字體大小取決于噴印載物臺在X,Y軸方向移動的距離大小，進(jìn)而取決于伺服控制器接收的脈沖信號的多少，而噴印速度則取決于脈沖的頻率。噴印系統(tǒng)可在噴印速度穩(wěn)定的情況下噴印三種不同字體大小的英文字母，需要在整個伺服控制程序中設(shè)置唯一的脈沖頻率，而調(diào)整脈沖長度。根據(jù)式(2.1)具體計(jì)算脈沖長度和頻率。

(2.1)式中S代表脈沖當(dāng)量，CMX與CDV的比值是電子齒輪比，電子齒輪比可以在伺服控制器控制面板上直接設(shè)置，默認(rèn)值為1。L是絲杠導(dǎo)程，F(xiàn)代表電機(jī)轉(zhuǎn)動一周所需脈沖數(shù)，它由伺服電機(jī)編碼器決定；(2.2)式中V代表噴印速度，f是脈沖頻率，L是絲杠導(dǎo)程，F(xiàn)代表電機(jī)轉(zhuǎn)動一周所需脈沖數(shù)，它由伺服電機(jī)編碼器決定。

根據(jù)上式確定脈沖頻率和長度后，再利用單片機(jī)延時從I/O口輸出CW/CCW波，

伺服控制器用于控制電機(jī)，其中伺服控制程序是軌跡插補(bǔ)的下層函數(shù)，它負(fù)責(zé)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動方向，速度和時長，即采取位置控制模式控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，在位置控制模式下，伺服控制器接收單片機(jī)發(fā)送的脈沖信號，經(jīng)過電子齒輪分倍后輸出給電機(jī)，即軌跡插補(bǔ)程序包含伺服控制程序；

軌跡插補(bǔ)程序作用是控制三軸聯(lián)動，有序調(diào)用伺服控制器，驅(qū)動電機(jī)使噴印完成，所述軌跡插補(bǔ)程序包括直線插補(bǔ)程序和圓弧插補(bǔ)程序，

直線插補(bǔ)程序，當(dāng)系統(tǒng)確定了一條直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置坐標(biāo)時，插補(bǔ)程序就可以啟動調(diào)用伺服控制器。本發(fā)明噴印系統(tǒng)的直線插補(bǔ)算法采用逐點(diǎn)比較法。其工作過程可描述為根據(jù)字母筆畫要求在軌跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)計(jì)算出若干個中間點(diǎn)坐標(biāo)，逐點(diǎn)比較法中每一步都要將當(dāng)前瞬時坐標(biāo)同規(guī)定的軌跡相比較，然后判斷其偏差，再決定下一步，如果當(dāng)前點(diǎn)走到規(guī)定軌跡外側(cè)，則下一步就要往內(nèi)側(cè)走；如果當(dāng)前點(diǎn)在軌跡內(nèi)側(cè)，則下一步就要往外側(cè)走，以此得出一近似指定圖形的軌跡，且最大偏差不超過一個脈沖當(dāng)量。

圓弧插補(bǔ)程序，所噴印字母筆畫中弧線均近似由圓弧替代。與直線插補(bǔ)原理相類似。圓弧插補(bǔ)把噴印點(diǎn)到圓心的距離和該圓的理想軌跡半徑相比計(jì)算偏差F，若噴頭在圓弧外或圓弧上，即電機(jī)帶動噴頭向圓內(nèi)走一步；如果位于圓弧內(nèi)側(cè)，則電機(jī)帶動寫字筆向圓弧外走一步。

單片機(jī)程序算法如下：

S1：設(shè)置了一個串口數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和一個待處理數(shù)據(jù)區(qū)

S2：將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和待處理數(shù)據(jù)區(qū)合并到一個數(shù)組里，前270字節(jié)是 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，后面全部是待處理區(qū)

S3：數(shù)據(jù)接收完畢后將數(shù)據(jù)全部復(fù)制到待處理區(qū)。當(dāng)數(shù)據(jù)緩沖過長則將占用待處理數(shù)據(jù)區(qū)，當(dāng)不使用待處理區(qū)時，緩沖區(qū)亦可作為待處理區(qū)。

在單片機(jī)，設(shè)置了一個串口數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和一個待處理數(shù)據(jù)區(qū)以防響應(yīng)速度太慢或丟掉發(fā)來的指令，另外單片機(jī)程序中采取等待一小段時間觀察是否有新串口數(shù)據(jù)進(jìn)入的方法進(jìn)行判斷是否有遺漏接收的情況，若無新數(shù)據(jù)則認(rèn)為接收完畢。通信程序采用UDP模式。

單片機(jī)判斷何時指令接收完畢常以換行標(biāo)志0x0D 0x0A來判斷，但因?yàn)椴煌闆r、不同指令會有不同的行數(shù)，故可能造成遺漏接收的情況，因此本發(fā)明采取等待一小段時間觀察是否有新串口數(shù)據(jù)進(jìn)入的方法進(jìn)行判

斷，若無新數(shù)據(jù)則認(rèn)為接收完畢。ESP8266模塊建立WiFi通訊流程有UDP，AP，STA，無線透傳等諸多模式，其中UDP模式具有能耗較低等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的通信程序即采用UDP模式。UDP建立及接收數(shù)據(jù)步驟如下所述：先用CIPSTART建立一個UDP傳輸端口，設(shè)置目標(biāo)地址和端口號，只要本地端口號正確設(shè)置，收到數(shù)據(jù)后ESP8266會主動發(fā)送數(shù)據(jù)到串口，單片機(jī)直接提取即可。還添加有關(guān)校驗(yàn)的內(nèi)容，先校驗(yàn)字符數(shù)量是否一致，第一字節(jié)是總數(shù)據(jù)長度，提取第一字節(jié)比較一致則有效。再判斷最后一字節(jié)的CRC校驗(yàn)碼是否對，不正確則舍棄數(shù)據(jù)，若正確則提取里面的控制指令并執(zhí)行，最后清零標(biāo)志位，數(shù)據(jù)讀完后各重要寄存器也清零。

用戶首先選擇需噴印的字母，然后依次點(diǎn)擊發(fā)送鍵，在收到接收成功的返回信息時，即可按下開始鍵進(jìn)行噴印。

為了便于自動噴印系統(tǒng)的移動，工作臺面底部通過支腿安裝有萬向輪，可以根據(jù)使用的需求，移動該設(shè)備。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。