CN109166447A - 三轴组合运动控制实训装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三轴组合运动控制实训***，包括工作台、运动模组、气动组件、工件检测库位、工件入库库位、伺服电机、步进电机、线排端子、线槽，其中运动模组包括X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组构；气动组件包括气动三联件、真空发生器、过滤器、电磁阀、吸盘，通过电机驱动运动模组控制吸盘在XYZ三轴方向的运动，将工件检测库位中的圆形工件搬运至工件入库库位。本发明的三轴组合运动控制实训装置可以进行多项运动控制***应用方面的训练，其训练功能的多样性更能激发学生的学习和研究兴趣。

Description

三轴组合运动控制实训装置

技术领域

本发明涉及一种高等教育机电类专业实验教学装备，具体涉及一种三轴组合运动控制实训***。

背景技术

现代工业生产装备中伺服运动控制、步进运动控制***的应用非常广泛，伺服驱动***、步进驱动***的安装、调试及配合应用等方面的内容是运动控制技术及应用的重点与难点。为高等院校相关专业师生提供一套伺服步进混合运动控制实训教学装置，不仅可以帮助师生形象地理解伺服及步进驱动***的相关知识，掌握相关设备的开发应用方法，更能激发学生的学习和研究兴趣。

国内在运动控制实验平台的研究方面也做了很多工作，但总体来说结构简单、功能单一，集成度有待提升。这些研究可分为两大类：一类是单轴或者双轴的伺服运动控制实验装置，单轴的伺服运动控制实验装置仅仅能够完成单轴直线运动及相关的开发训练，双轴的伺服运动控制实验装置可以完成直线插补、圆弧插补及相关的开发训练；另一类是独立的步进驱动***实验平台，这一类平台主要用于步进运动控制***的变速运动及定位等功能验证。目前国内的运动控制实践教学缺少一种组合双轴伺服驱动与一轴步进驱动相结合的训练***，对于***性地掌握伺服驱动***及步进驱动***的开发应用不利。

发明内容

发明目的：本发明主要解决了前项所提及的问题，该三轴组合运动控制装置主体采用工业运动模组搭建，需同时配置两套伺服驱动***和一套步进驱动***，能够同时实现单轴伺服运动控制训练，双轴伺服运动控制训练，如直线插补或圆弧插补，单轴步进调速及定位训练，结合双轴伺服和单轴步进的高精度定位抓取搬运控制训练，构成一套功能强大的运动控制实训装置，该装置对于高等院校相关专业而言是具有典型意义的训练平台，同时也将有力地推动国内运动控制***的更加广泛应用，具有较好的应用前景和推广价值。

技术方案：一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，包括工作台，运动模组，气动组件，工件检测库位、工件入库库位、伺服电机、步进电机、线排端子、线槽、圆形工件、控制***；所述工作台包括万向轮、桌架和桌面；所述运动模组包括X轴运动模组、Y轴运动模组、Z轴运动模组；所述X轴运动模组、Y轴运动模组，Z轴运动模组均包括一个滑台、一组同步轮带、一套工业铝型材基座、一只原点位置传感器及两只极限位置传感器、两套轴承机构，其中一套轴承机构的轴具有凸出，两套轴承机构固定于工业铝型材基座两端，同步轮带以轴承机构为框架固定，滑台固定于同步轮带，实现往复运行，原点位置传感器安装于各个运动模组中间位置，两个极限位置传感器分别安装于运动模组的左右行程极限位置；所述气动组件包括气动三联件、真空发生器、过滤器、电磁阀、吸盘，其中气动三联件、真空发生器、过滤器、电磁阀固定于工作台底部，通过气管串联连接，吸盘固定于Z轴模组的滑台上，用于圆形工件的吸取和搬运；工件检测库位和工件入库库位安装在两个Y轴方向运动模组中间并前后固定在桌面上，工件检测库位包括料仓和对射光线传感器，料仓用于人工放入圆形工件，工件入库库位包括圆形盲孔位，设置在X轴运动模组的下方；万向轮安装在桌架的四个桌脚位置，Y轴运动模组固定在桌面上，X轴运动模组固定在Y轴运动模组的滑台上，Z轴运动模组固定在X轴运动模组的滑台上，X轴和Y轴运动模组的轴承机构的凸出轴由伺服电机驱动，Z轴运动模组轴承机构的凸出轴由步进电机驱动；线排端子用于将各类传感器的电源及信号端引出至控制***，固定安装在桌面上，所述线槽设置在桌面上，用于各类线缆的布线；所述圆形工件人工放置于工件检测库位料仓中，由运动机构运输至工件入库库位。

进一步地，XYZ轴运动模组中间位置均安装一个原点检测传感器，用于初始运行时设备各个轴的原点回归；两端分别安装一个极限位置传感器，用于设备正常运行时的过行程保护。

进一步地，所述圆形工件直径40mm，厚度10mm。

进一步地，其中所述一套轴承机构的轴凸出20mm。

进一步地，所述气管直径为6mm。

进一步地，所述圆形盲孔位为八个，均匀分布的工件入库库位上。

进一步地，工件检测库位16中心有一个盲孔，用来放置工件。

进一步地，通过盲孔侧壁的对射光纤传感器检测工件。

进一步地，盲孔的侧边中心位置配置螺纹孔，用于安装对射式传感器。

进一步地，其特征在于，所述螺纹孔为3mm。

有益效果：

本发明的三轴组合运动控制实训装置可以进行多项运动控制***应用方面的训练，例如：1)1轴伺服位置、速度控制训练；2)1轴步进位置、速度控制训练；3)2轴伺服直线、圆弧插补控制训练；4)3轴伺服、步进混合多维插补控制训练；5)伺服、步进、气动控制***装配训练

本发明的三轴组合运动控制实训装置训练功能的多样性更能激发学生的学习和研究兴趣。该装置对于伺服驱动***、步进驱动***控制技术的应用研究具有积极的推动作用，便于高校师生和企业工程师的培训学习，对于生产力的发展具有非常积极的意义。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明主视图；

图3是本发明的俯视图；

图中，1-万向轮，2-桌架，3-桌面，4-线槽，5-Z轴运动模组，6-步进电机，7-Z轴原点检测传感器，8-吸盘，9-线排端子，10-Y轴运动模组，11-X轴运动模组，12-Y轴伺服电机，13-X轴原点检测传感器，14-工件入库库位，15-X轴伺服电机，16-工件检测库位。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1、图2和图3所示，一种三轴组合运动控制实训***，包括工作台，运动模组，气动组件，工件检测库位16、工件入库库位14、伺服电机、步进电机、线排端子、线槽4、圆形工件、控制***；所述工作台包括万向轮1、桌架2和桌面3；所述运动模组包括X轴运动模组11、Y轴运动模组12、Z轴运动模组5；所述X轴运动模组、Y轴运动模组，Z轴运动模组均包括一个滑台、一组同步轮带、一套工业铝型材基座、一只原点位置传感器及两只极限位置传感器、两套轴承机构，其中一套轴承机构的轴凸出20mm，两套轴承机构固定于工业铝型材基座两端，同步轮带以轴承机构为框架固定，滑台固定于同步轮带，实现往复运行，原点位置传感器安装于各个运动模组中间位置，两个极限位置传感器分别安装于运动模组的左右行程极限位置；所述气动组件包括气动三联件、真空发生器、过滤器、电磁阀、吸盘8，其中气动三联件、真空发生器、过滤器、电磁阀固定于工作台底部，通过直径为6mm气管串联连接，吸盘8固定于Z轴模组的滑台上，用于圆形工件的吸取和搬运；工件检测库位和工件入库库位安装在两个Y轴方向运动模组中间并前后固定在桌面上，工件检测库位包括料仓和对射光线传感器，料仓用于人工放入圆形工件，圆形工件直径40mm，厚度10mm。工件入库库位包括圆形盲孔位，设置在X轴运动模组11的下方；万向轮1安装在桌架的四个桌脚位置，Y轴运动模组固定在桌面上，X轴运动模组固定在Y轴运动模组的滑台上，Z轴运动模组固定在X轴运动模组的滑台上，X轴和Y轴运动模组的轴承机构的凸出轴由伺服电机驱动，Z轴运动模组轴承机构的凸出轴由步进电机驱动；伺服电机的驱动轴与X轴和Y轴运动模组的凸出轴通过联轴器配合安装，步进电机的驱动轴与Z轴运动模组的凸出轴通过联轴器配合安装。线排端子用于将各类传感器的电源及信号端引出至控制***，固定安装在桌面上，所述线槽设置在桌面上，用于各类线缆的布线；所述圆形工件人工放置于工件检测库位料仓中，由运动机构运输至工件入库库位。XYZ轴运动模组中间位置均安装一个原点检测传感器，用于初始运行时设备各个轴的原点回归；两端分别安装一个极限位置传感器，用于设备正常运行时的过行程保护。

通过电机驱动运动模组控制吸盘在XYZ三轴方向的运动，将工件检测库位16中的圆形工件搬运至工件入库库位14；工件入库库位14包括八个均匀分布的圆形盲孔位，工件检测库位用于检测是否有有工件存放待搬运料仓，通过盲孔侧壁的光纤对射传感器进行检测。工件检测库位16中心有一个盲孔，用来放置工件，盲孔的侧边中心位置配置3mm的螺纹孔，用于安装对射式传感器，通过盲孔侧壁的对射光纤传感器检测工件。。

桌面3是组合运动控制实训***的载体，Y轴运动模组10通过地脚固定安装在桌面上，X轴运动模组11通过地脚固定安装在Y轴运动模组的滑台上。Z轴运动模组5利用铝件固定安装在X轴运动模组11的滑台上。X轴运动模组11、Y轴运动模组10的凸出轴一端通过联轴器与伺服电机12的驱动轴配合安装；Z轴运动模组5的凸出轴一端通过联轴器与步进电机6的驱动轴配合安装。伺服电机和步进电机均通过电机座与运动模组固连。吸盘8用于吸取工件，通过夹具固定于Z轴运动模组5的滑台上。线排端子6安装在桌面的右部。

桌面2尺寸为长1000mm，宽720mm；工件检测库位16尺寸为60mm×60mm×15mm，中心盲孔深度10mm，直径40mm，工件入库库位14均布有八个同样尺寸的盲孔，盲孔和工件实现间隙配合。

执行圆弧插补控制训练时，由控制***设置圆弧的起点、终点及半径，X轴和Y轴运动模组将会在伺服电机的驱动下执行圆弧插补，也即是在二维平面内从圆弧的起点运行至终点，圆弧的半径为控制***指定的半径值。

执行3轴伺服、步进混合多维插补控制训练时，由控制***设置X轴和Y轴运动模组的运行轨迹，该两轴将会在伺服电机的驱动下在二维平面内按照设定轨迹运行，Z轴模组由步进电机驱动，执行上下运动，其运动的轨迹同样由控制***设定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，包括工作台，运动模组，气动组件，工件检测库位(16)、工件入库库位(14)、伺服电机、步进电机、线排端子、线槽(4)、圆形工件、控制***；所述工作台包括万向轮(1)、桌架(2)和桌面(3)；所述运动模组包括X轴运动模组(11)、Y轴运动模组(12)、Z轴运动模组(5)；所述X轴运动模组、Y轴运动模组，Z轴运动模组均包括一个滑台、一组同步轮带、一套工业铝型材基座、一只原点位置传感器及两只极限位置传感器、两套轴承机构，其中一套轴承机构的轴具有凸出，两套轴承机构固定于工业铝型材基座两端，同步轮带以轴承机构为框架固定，滑台固定于同步轮带，实现往复运行，原点位置传感器安装于各个运动模组中间位置，两个极限位置传感器分别安装于运动模组的左右行程极限位置；所述气动组件包括气动三联件、真空发生器、过滤器、电磁阀、吸盘(8)，其中气动三联件、真空发生器、过滤器、电磁阀固定于工作台底部，通过气管串联连接，吸盘(8)固定于Z轴模组的滑台上，用于圆形工件的吸取和搬运；工件检测库位和工件入库库位安装在两个Y轴方向运动模组中间并前后固定在桌面上，工件检测库位包括料仓和对射光线传感器，料仓用于人工放入圆形工件，工件入库库位包括圆形盲孔位，设置在X轴运动模组(11)的下方；万向轮(1)安装在桌架的四个桌脚位置，Y轴运动模组固定在桌面上，X轴运动模组固定在Y轴运动模组的滑台上，Z轴运动模组固定在X轴运动模组的滑台上，X轴和Y轴运动模组的轴承机构的凸出轴由伺服电机驱动，Z轴运动模组轴承机构的凸出轴由步进电机驱动；线排端子用于将各类传感器的电源及信号端引出至控制***，固定安装在桌面上，所述线槽设置在桌面上，用于各类线缆的布线；所述圆形工件人工放置于工件检测库位料仓中，由运动机构运输至工件入库库位。

2.根据权利要求1所述的一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，XYZ轴运动模组中间位置均安装一个原点检测传感器，用于初始运行时设备各个轴的原点回归；两端分别安装一个微型限位传感器，用于设备正常运行时的过行程保护。

3.根据权利要求1所述的一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，所述圆形工件直径40mm，厚度10mm。

4.根据权利要求1所述的一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，其中所述一套轴承机构的轴凸出20mm。

5.根据权利要求1所述的一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，所述气管直径为6mm。

6.根据权利要求1所述的一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，所述圆形盲孔位为八个，均匀分布的工件入库库位上。

7.根据权利要求1所述的一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，工件检测库位16中心有一个盲孔，用来放置工件。

8.根据权利要求5所述的一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，通过盲孔侧壁的对射光纤传感器检测工件。

9.根据权利要求5所述的一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，盲孔的侧边中心位置配置螺纹孔，用于安装对射式传感器。

10.根据权利要求5所述的一种三轴组合运动控制实训***，其特征在于，所述螺纹孔为3mm。