CN112767761A

CN112767761A - 多功能伺服驱动实训平台

Info

Publication number: CN112767761A
Application number: CN202011526430.9A
Authority: CN
Inventors: 崔智�; 朱建忠; 于宗泳; 方祖富; 刘东海; 于保全; 崔伟
Original assignee: Shandong Rhinecoster Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Shandong Rhinecoster Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2021-05-07

Abstract

本发明属于实训装置领域，具体涉及一种多功能伺服驱动实训平台，其特征在于包括控制柜单元，控制柜单元上设有三轴移动单元，所述三轴移动单元为框形，通过第二支架悬空安装在控制柜单元上方，换手单元、步进旋转单元、轨迹单元、工件存储单元、气源控制单元、激光笔放置单元、接线单元安装在三轴移动单元下方的控制柜单元上。本发明设计合理，实训效果好、效率高的优点。

Description

多功能伺服驱动实训平台

技术领域

本发明属于实训装置领域，具体涉及一种多功能伺服驱动实训平台。

背景技术

随着我国工业水平及工业自动化水平的不断提高，机电一体化和自动化控制的技能人才缺口越来越大，各行业、企业对这类人才的需求十分迫切，传统的机电一体化和自动化控制技能人才培训存在重理论、轻实操的缺陷，尤其为现在工业广泛应用的伺服驱动设备，学员在培训时，在学习理论知识后无法及时的进行实际的工业应用实训，教学效果差；虽然学员有时也可以得到一些实训的机会，但是目前的实训都是直接操作工厂用的机电一体化和自动化控制装置及伺服控制的应用，大多用简陋的指示灯模拟***，其教学效果非常有限，这就造成目前机电一体化和自动化控制技能人才存在培训时间长、效果差的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术没有专业化的机电一体化、自动化控制、伺服及步进应用等实训装置，造成机电一体化技能人才存在培训时间长、效果差的缺陷，提供一种多功能伺服驱动实训平台，其选用实际的工业控制元件作为载体，替代原有的指示灯模拟***，更接近实际生产中的应用，提高实训效率和效果。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种多功能伺服驱动实训平台，其特征在于包括控制柜单元，控制柜单元上设有三轴移动单元，所述三轴移动单元为框形，通过第二支架悬空安装在控制柜单元上方，换手单元、步进旋转单元、轨迹单元、工件存储单元、气源控制单元、激光笔放置单元、接线单元安装在三轴移动单元下方的控制柜单元上。

本发明的气源控制单元为调压阀，其与外部气源连接，调压后为本发明的气动元件提供动力。

本发明的接线单元为接线端子模块，其优选但不限于采用魏德米勒(WEIDMULLER)接线端子ZDU 2.5。

进一步的，本发明的控制柜单元包括柜体，柜体的上端面设有型材底板，柜体的两侧分别设有单轴控制面板和联动控制面板，柜体的底部设有滚轮。

本发明的型材底板为欧标工业铝型材框架拼接结构，方便各种元器件的任意位置的安装和调整。

本发明的柜体内部设置PLC模块，型号为西门子1500(PLC_1512C_1PN)，具有高水平的***性能和快速信号处理能力，响应时间短及超强的控制能力；单轴控制面板和联动控制面板的按钮包括各个单元的启动按钮、停止按钮、自动运行启动及停止按钮，急停按钮，按钮与PLC模块之间直接连接；触摸屏选用西门子品牌，型号KTP700，触摸屏的面板可设定显示***画面，触摸屏的面板可设定显示***画面，可通过触摸屏控制各工位及整机动作及运行。

进一步的，本发明的三轴移动单元包括X轴水平电缸、Y轴水平电缸、Z轴竖向电缸和第二换手夹具，X轴水平电缸设有两条，Y轴水平电缸的两端分别安装在两条X轴水平电缸的滑块上，Z轴竖向电缸安装在Y轴水平电缸的滑块上， Z轴竖向电缸的滑块上安装有第二换手夹具，Y轴水平电缸、Z轴竖向电缸分别与带减速机的伺服电机连接，两条X轴水平电缸的输入端通过一根传动轴与一个带减速机的伺服电机连接。

本发明的三轴移动单元的电缸均为FESTO电缸，X轴水平电缸优选采用齿带式电缸，型号为：EGC-50-600-TB-KF-0H-GK；Y轴水平电缸优选采用齿带式电缸，型号为：EGC-50-650-TB-KF-0H-GK-KL；Z轴竖向电缸优选采用丝杠式电缸，型号为：EPCC-BS-45-300-10P-A；上述电缸上均自带磁性接近传感器，磁性接近传感器采用FESTO传感器，型号为：SME-8M-DS-24V-K-2.5-OE。

本发明的三轴移动单元的伺服电机均为西门子电机，型号分别为：X轴及Y 轴为1FL6024-2AF21-1MG1(无抱闸)，Z轴为1FL6024-2AF21-1MH1(抱闸)；与伺服电机匹配的减速机型号分别为：X轴及Y轴为PW065L1-5-P2-S2-OP1，Z轴为EMGA-40-P-G5-EAS-40；

进一步的，本发明的换手单元包括安装在型材底板上的第三支架，第三支架上设有多个一端开放的夹具卡槽，多个不同的机械手分别通过夹具卡槽竖向悬挂在第三支架上，每个机械手从上向下依次为第三换手夹具、第三平行气爪和夹爪，所述每个机械手的第三单元平行气爪上设有磁性接近传感器。

本发明的换手单元的第三换手夹具与三轴移动单元的第二换手夹具匹配。换手夹具优选但不限于为日本EINS星塔快速交换夹具，型号为：OX-03A及 OX-03A1

平行气爪采用FESTO品牌DHPS-20-A，磁性接近传感器采用FESTO品牌的 SIES-8M-PO-24V-K-7,5-OE。

进一步的，本发明的步进旋转单元包括安装在型材底板上的第四支架，第四支架上方设有旋转盘，旋转盘上设有等分圆周的工件孔，旋转盘下方设有第四减速机、第四步进电机，第四支架上设有第四传感器，当旋转盘上的工件孔转动到第四传感器时，第四传感器位于工件孔的中心轴上。

本发明的第四传感器用于工件定位，方便机械手抓取，采用西克电感式接近传感器IME08-04NPSZW2S。

本发明的第四步进电机优选采用雷塞步进电机，型号为：42CM04，第四减速机优选行星减速器。

进一步的，本发明的轨迹单元包括安装在型材底板上第五支架，第五支架上设有轨迹平台。

为方便学员对三轴行走的轨迹进行编程和实训，本发明在轨迹单元的轨迹平台上贴放不同的轨迹模拟图，学员根据轨迹模拟图进行PLC编程，三轴移动单元可在伺服电机的驱动下，根据PLC设定的程序，实现X轴、Y轴、Z轴的前后、左右，上下移动，实现激光笔发出的光点按照轨迹模拟图上轨迹行走。

进一步的，本发明的工件存储单元包括安装在型材底板上的第六支架，第六支架上设有放置工件的工件平台。

工件采用圆形铝制自制加工工件。

进一步的，本发明的激光笔放置单元包括安装在型材底板上的第八支架，第八支架上竖向安装有激光笔和开关触碰棒。

激光笔采用圆柱型激光笔，其开关设置在尾部，三轴移动单元移动机械手，使用夹爪可抓取开关触碰棒，移动到激光笔上方，下行碰触激光笔尾部开关，将激光笔打开后夹爪复位将开关触碰棒放回。

本发明的各单元的支架均采用欧标工业铝型材框架结构，采用压铸角铝和高强度螺栓连接，连接牢固可靠。

本发明的工件放置在工件存储单元的平台之上或步进旋转单元的平台之上，三轴移动单元的Z轴末端安装有第二换手夹具，X轴及Y轴在伺服电机的驱动下可以带动Z轴前后左右移动，Z轴在伺服电机的带动下上下移动，Z轴可以移动到换手单元处更换机械手，可以移动到工件存储单元或步进旋转单元处抓取工件，实现工件的移位或码垛；步进旋转单元可以在步进电机的驱动下带动每次旋转设定角度，实现Z轴机械手可在步进旋转单元同一位置处抓取工件；轨迹单元的平台之上可以贴放事先规划的轨迹图纸，Z轴机械手可以抓取激光笔放置单元的激光笔实现轨迹模拟规划运动。气源控制单元的调压阀可以调节气源气压，给机械手的夹爪等气动元件提供气源，接线单元的接线模块可以连接各个模块，与PLC等控制装置连接。

本发明的三轴移动单元每个轴可以通过单轴控制面板进行单轴控制，在实训中，可以先进行单轴控制学习及实训，再通过联动控制面板进行多单元联动控制学习及培训，从而更好的提高对伺服设备的实训应用效果。

本发明设计合理，实训效果好、效率高的优点。本发明采用工业应用电缸及伺服、步进、机械手抓取配套设备，将三轴移动单元、换手单元、步进旋转单元、轨迹单元、工件存储单元、气源控制单元、激光笔放置单元、接线单元、控制柜单元完集成于一体，可满足可编程序控制***的操作、实训和学习。涉及的技术内容包括：可编程序控制器技术、现场总线技术、气动实训技术、传感器技术、电气操作技术、伺服驱动技术、步进驱动技术、电缸应用技术，将理论与实际相结合，做到学以致用的效果。

本发明适用于普通高等院校、高职院校以及中职院校的机电一体化以及自动化专业的学习实训操作。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的控制柜单元结构示意图；

图3为本发明三轴移动单元的结构示意图；

图4为本发明的换手单元的结构示意图；

图5为本发明的步进旋转单元结构示意图；

图6为本发明的轨迹单元结构示意图；

图7为本发明的工件存储单元结构示意图；

图8为本发明的气源控制单元结构示意图；

图9为本发明的激光笔放置单元结构示意图。

如图中所示：1.控制柜单元；1-1.单轴控制面板；1-2.型材底板；1-3.柜体；1-4.联动控制面板；2.三轴移动单元；2-1.X轴伺服电机；2-2.X轴减速机； 2-3.联轴器；2-4.传动轴；2-5.X轴水平电缸；2-6.Z轴减速机；2-7.Y轴水平电缸；2-8.Z轴竖向电缸；2-9.第二换手夹具；2-10.X轴拖链；2-11.Y轴拖链； 2-12.Z轴拖链，2-13.磁性接近传感器；2-14.Y轴伺服电机；2-15.Z轴伺服电机；2-16.第二支架；3.换手单元；3-1.第三支架；3-2.第三换手夹具；3-3.第三平行气爪；3-4.夹爪；3-5.磁性接近传感器；4.步进旋转单元；4-1.第四支架；4-2.旋转盘；4-3.第四减速机；4-4.第四步进电机；4-5.第四传感器；5. 轨迹单元；5-1.轨迹平台，5-2.第五支架；6.工件存储单元；6-1.工件平台； 6-2.工件；6-3.第六支架；7.气源控制单元；7-1.第七支架；7-2.调压阀；8. 激光笔放置单元；8-1.激光笔，8-2.开关碰触棒；8-3.第八支架；9.接线单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1、图2所示：控制柜单元1的柜体1-3内设置有PLC模块，其上端面设有型材底板1-2，柜体1-3前侧面和后侧面分别设有单轴控制面板1-1和联动控制面板1-4，柜体1-3的底部设有福马轮1-5，型材底板1-2上的上方通过第二支架2-14悬空安装有三轴移动单元2，型材底板1-2上还设有换手单元3、步进旋转单元4、轨迹单元5、工件存储单元6、气源控制单元7、激光笔放置单元8和接线单元9。

控制柜单元1的单轴控制面板1-1实现对X、Y、Z轴的单独控制运动，通过联动控制面板1-4可以实现整个设备的联动控制，通过福马轮1-5可以使设备整体方便移动。

本发明的换手单元3、步进旋转单元4、轨迹单元5、工件存储单元6、激光笔放置单元8均在三轴移动单元2的Z轴活动范围之内。

如图3所示：三轴移动单元2的两条X轴水平电缸2-5固定在第二支架2-14 的上端两侧，Y轴水平电缸的两端安装在两条X轴水平电缸2-5的滑块上，Z轴竖向电缸2-8竖向安装在Y轴水平电缸的滑块上，Z轴竖向电缸2-8的滑块上安装有第二换手夹具2-9，两条X轴水平电缸2-5的输入端分别通过传动轴2-4与 X轴减速机2-2的两个输出端连接，X轴轴伺服电机2-1与X轴减速机2-2的输入端连接，Y轴水平电缸的输入端处设有Y轴减速机和Y轴伺服电机2-14，Z轴竖向电缸2-8的输入端处设有Z轴减速机2-6和Z轴伺服电机2-15，X、Y、Z 轴的电钢的滑块分别与X轴拖链2-10、Y轴拖链2-11、Z轴拖链2-12连接，所有电缸上均分别设有磁性接近传感器2-13。

本单元的X轴伺服电机2-1带动X轴减速机2-2通过传动轴2-4带动两条X 轴水平电缸2-5的滑块同步移动，从而带动Y轴水平电缸2-7和Z轴竖向电缸 2-8实现X轴移动，Y轴水平电缸2-7的滑块在Y轴伺服电机2-14和Y轴减速机的驱动下带动Z轴竖向电缸2-8实现Y轴移动，Z轴竖向电缸的滑块带动第二换手夹具2-9在Z轴伺服电机2-15和Z轴减速机2-6的驱动下实现Z轴移动，上述3轴共同作用，实现第二换手夹具2-9在X、Y、Z轴移动。磁性接近传感器2-13用于控制X、Y、Z轴电缸的极限位置，第二换手夹具2-9与换手单元3 配合换机械手。

如图3所示：换手单元3的第三支架3-1上设有两个前端开放的夹具卡槽，两个不同的机械手分别通过夹具卡槽竖向悬挂在第三支架3-1上，每个机械手从上向下依次为第三换手夹具3-2、第三平行气爪3-3和夹爪3-4，所述每个机械手的第三单元平行气爪3-3上设有磁性接近传感器3-5。

本单元的第三换手夹具3-2与三轴移动单元2的第二换手夹具2-9匹配，平行气爪3-3实现夹爪3-4的开合来夹取工件6-2或激光笔8-1。

如图4所示：步进旋转单元4的第四支架4-1支撑连接旋转盘4-2、第四减速机4-3、第四步进电机4-4，旋转盘4-2上设有工件孔，工件孔内放置工件6-2，通过第四步进电机4-4带动第四减速机4-3驱动旋转盘4-2慢速旋转，通过第四传感器4-5对旋转盘4-2定位停止。

如图5所示:轨迹单元5的第五支架5-2上设有轨迹平台5-1；轨迹平台5-1 上可以贴放各种轨迹，三轴移动单元2可以实现按轨迹模拟规划行走。

如图6所示：工件存储单元6的第六支架6-3上设有工件平台6-1，工件平台6-1上放置有工件6-2，三轴移动单元2控制机械手一定，可以抓取工件在平台上实现工件移位或码垛。

如图7所示：气源控制单元7的调压阀7-2通过第七支架7-1安装在型材底板1-2上，调压阀7-2调节气源压力并给各气动元件供气。

如图8所示:激光笔放置单元8的第八支架8-3上竖向放置有激光笔8-1和开关碰触棒8-2，通过三轴移动单元2控制机械手抓取开关碰触棒8-2可以碰触激光笔8-1的尾部开关，实现激光笔8-1的开和关，再通过三轴移动单元2控制机械手抓取激光笔8-1，可以在轨迹单元5上进行轨迹模拟规划运动。

本发明组装时，各单元之间通信集成到接线单元的接线端子上，通过端子接口、接插模块、端子接插模块连接电缆、串口通信电缆、交换机等通信设备，与PLC及伺服设备连接，实现信号传递与交换，从而控制整体设备按照设定的 PLC程序动作。

本发明使用时，将工件6-1放置在工件存储单元6的工件平台6-1之上或步进旋转单元4的旋转盘4-2上，三轴移动单元2的第二换手夹具2-9在伺服电机的驱动下移动到换手单元3处更换机械手，三轴移动单元带动机械手移动到工件存储单元6或步进旋转单元4处抓取工件6-2，实现工件6-2的移位或码垛；步进旋转单元4的旋转盘4-2在第四步进电机4-4的驱动下带动工件6-2 每次旋转90°，实现机械手在步进旋转单元4同一位置处抓取工件6-2；轨迹单元5的轨迹平台5-1上可以贴放事先规划的轨迹图纸，机械手可以抓取激光笔放置单元8的激光笔8-1实现轨迹模拟规划运动。气源控制单元7的调压阀 7-2可以调节气源气压，给机械手的夹爪3-4等气动元件提供气源，接线单元的接线模块可以连接各个模块，与PLC模块等控制装置连接。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims

1.一种多功能伺服驱动实训平台，其特征在于包括控制柜单元，控制柜单元上设有三轴移动单元，所述三轴移动单元为框形，通过第二支架悬空安装在控制柜单元上方，换手单元、步进旋转单元、轨迹单元、工件存储单元、气源控制单元、激光笔放置单元、接线单元安装在三轴移动单元下方的控制柜单元上。

2.根据权利要求1所述的一种多功能伺服驱动实训平台，其特征在于控制柜单元包括柜体，柜体的上端面设有型材底板，柜体的两侧分别设有控制面板和联动控制面板，柜体的底部设有滚轮。

3.根据权利要求1所述的一种多功能伺服驱动实训平台，其特征在于三轴移动单元包括X轴水平电缸、Y轴水平电缸、Z轴竖向电缸和第二换手夹具，X轴水平电缸设有两条，Y轴水平电缸的两端分别安装在两条X轴水平电缸的滑块上，Z轴竖向电缸安装在Y轴水平电缸的滑块上，Z轴竖向电缸的滑块上安装有第二换手夹具，Y轴水平电缸、Z轴竖向电缸分别与带减速机的伺服电机连接，两条X轴水平电缸的输入端通过一根传动轴与一个带减速机的伺服电机连接。

4.根据权利要求1所述的一种多功能伺服驱动实训平台，其特征在于换手单元包括安装在型材底板上的第三支架，第三支架上设有多个一端开放的夹具卡槽，多个不同的机械手分别通过夹具卡槽竖向悬挂在第三支架上，每个机械手从上向下依次为第三换手夹具、第三平行气爪和第三夹爪，所述每个机械手的第三单元平行气爪上设有磁性开关。

5.根据权利要求1所述的一种多功能伺服驱动实训平台，其特征在于步进旋转单元包括安装在型材底板上的第四支架，第四支架上方设有旋转盘，旋转盘上设有等分圆周的工件孔，旋转盘下方设有第四减速机、第四步进电机，第四支架上设有第四传感器，当旋转盘上的工件孔转动到第四传感器时，第四传感器位于工件孔的中心轴上。

6.根据权利要求1所述的一种多功能伺服驱动实训平台，其特征在于轨迹单元包括安装在型材底板上第五支架，第五支架上设有轨迹平台。

7.根据权利要求1所述的一种多功能伺服驱动实训平台，其特征在于工件存储单元包括安装在型材底板上的第六支架，第六支架上设有放置工件的第六平台。

8.根据权利要求1所述的一种多功能伺服驱动实训平台，其特征在于激光笔放置单元包括安装在型材底板上的第八支架，第八支架上竖向安装有激光笔和开关触碰棒。