一种通用伺服教学平台
阅读：641发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种通用伺服教学平台专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供一种通用伺服教学平台，包括：通用安装 支架 、通用电控柜和模 块 化装置组件。通用安装支架包括 铝 合金 型材 拼接而成的 铝合金 型材 框架 ，铝合金型材框架中安装竖直设置的模块部件安装板，模块部件安装板上以阵列形式分布有多个模块安装孔；通用电控柜中设置有 控制器 和伺服 驱动器 。本实用新型采用模块化设计，在一套教学设备上集成七种运动控制对象，多种控制对象使用大量的通用部件，免工具快速安装，从而使各个模块可以得到充分的重复使用，能大大的降低成本和设备库存空间。可以搭建的设备可简可烦，能够适应不同学习 进程 学生的需求。，下面是一种通用伺服教学平台专利的具体信息内容。
1.一种通用伺服教学平台，其特征在于，包括：通用安装支架、通用电控柜和模块化装置组件；
通用安装支架作为教学平台的安装平台，包括铝合金型材拼接而成的铝合金型材框架(1)，铝合金型材框架(1)中安装竖直设置的模块部件安装板(2)，模块部件安装板(2)上以阵列形式分布有多个模块安装孔(21)；
通用电控柜作为教学平台的控制设备，其安装在通用安装支架一侧，通用电控柜中设置有控制器和伺服驱动器；
模块化装置组件包括驱动单元、张紧单元、直线导轨和多种被控对象，模块化装置组件各组件均采用模块化通用部件，能够安装在模块部件安装板(2)的任意位置模块安装孔(21)上；
通过安装不同的模块化装置组件，在通用电控柜控制器中设置不同控制方式，通过控制器控制驱动单元运动，驱动单元驱动被控对象运动，实现不同运动控制对象，实现多种控制对象运动过程模拟。
2.根据权利要求1所述的通用伺服教学平台，其特征在于，所述通用安装支架上安装有控制面板(5)，控制面板(5)上设置有输入设备和显示屏，通过该控制面板(5)给通用电控柜(4)输入执行命令。
3.根据权利要求1所述的通用伺服教学平台，其特征在于，在通用安装支架前端安装有一个安全光幕(3)。
4.根据权利要求1、2或3所述的通用伺服教学平台，其特征在于，所述被控对象包括同步齿形带、单向超越离合器、缠绕盘、摇臂。
5.根据权利要求1、2或3所述的通用伺服教学平台，其特征在于，通用电控柜采用壁挂箱结构悬挂在通用安装支架一侧。
6.根据权利要求1、2或3所述的通用伺服教学平台，其特征在于，所述驱动单元采用伺服电机。
7.根据权利要求1、2或3所述的通用伺服教学平台，其特征在于，所述模块化装置组件采用免工具安装的卡接形式安装在模块部件安装板(2)上。
一种通用伺服教学平台
技术领域
[0001] 本实用新型涉及自动化传动技术领域，尤其涉及一种通用伺服教学平台。
背景技术
[0002] 目前国内用于教学的高端运动控制是一个非常弱的环节，已有的设备大多是以专机形式存在，一台设备完成一个功能。如果一个高级传动课程从易到难就需要很多的设备配置，这样设备的利用率会较低，设备的投资会较高，并会占用大量的教师空间资源。经过调研，目前的教育市场急需一款模块化的多功能教学实验平台。实用新型内容
[0003] 为解决上述技术问题，本实用新型实施例期望提供一种结构简单、安装方便、能够将更多伺服应用集成在一个实验平台的通用伺服教学平台。
[0004] 本实用新型的技术方案是这样实现的：
[0005] 一种通用伺服教学平台，包括：通用安装支架、通用电控柜和模块化装置组件；
[0009] 通过安装不同的模块化装置组件，在通用电控柜控制器中设置不同控制方式，通过控制器控制驱动单元运动，驱动单元驱动被控对象运动，实现不同运动控制对象，实现多种控制对象运动过程模拟。
[0010] 进一步地，如上所述的通用伺服教学平台，所述通用安装支架上安装有控制面板，控制面板上设置有输入设备和显示屏，通过该控制面板给通用电控柜输入执行命令。
[0011] 进一步地，如上所述的通用伺服教学平台，在通用安装支架前端安装有一个安全光幕。
[0013] 进一步地，如上所述的通用伺服教学平台，通用电控柜采用壁挂箱结构悬挂在通用安装支架一侧。
[0014] 进一步地，如上所述的通用伺服教学平台，所述驱动单元采用伺服电机。
[0015] 进一步地，如上所述的通用伺服教学平台，所述模块化装置组件采用免工具安装的卡接形式安装在模块部件安装板上。
[0016] 有益效果：
[0017] 本实用新型提供的通用伺服教学平台采用模块化设计，在一套教学设备上集成七种运动控制对象，多种控制对象使用大量的通用部件，免工具快速安装，从而使各个模块可以得到充分的重复使用，能大大的降低成本和设备库存空间。可以搭建的设备可简可烦，能够适应不同学习进程学生的需求。附图说明
[0018] 图1为本实用新型通用伺服教学平台结构示意图；
[0019] 图2为通用伺服教学平台安装位置定义图；
[0020] 图3为实施例1在通用伺服教学平台上安装同轴回转对象的结构示意图；
[0021] 图4为图3的后视图；
[0022] 图5为实施例2在通用伺服教学平台上安装直线同步对象结构示意图；
[0023] 图6为图5的主视图；
[0024] 图7为图6的后视图；
[0025] 图8为实施例3在通用伺服教学平台上安装横切机模拟对象结构示意图；
[0026] 图9为实施例4在通用伺服教学平台上安装飞剪机模拟对象结构示意图；
[0027] 图10为实施例5在通用伺服教学平台上安装夹钳送料落料机模拟对象结构示意图；
[0028] 图11为实施例6在通用伺服教学平台上安装卷绕机模拟对象结构示意图；
[0029] 图12为实施例7在通用伺服教学平台上安装双轴平面运动对象结构示意图；
[0030] 图13(a)为双轴平面运动对象的运动轨迹示意图一；
[0031] 图13(b)为双轴平面运动对象的运动轨迹示意图二；
[0032] 图13(c)为双轴平面运动对象的运动轨迹示意图三；
[0033] 图13(d)为双轴平面运动对象的运动轨迹示意图四。
具体实施方式
[0034] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0035] 运动控制技术是自动化技术与电气拖动技术的融合，它综合了微电子技术、计算机技术、检测技术、自动化技术以及伺服控制技术等学科的最新成果，现已广泛应用于国民经济的各个行业，并起着重要作用。
[0036] 运动控制综合能力实训系统是典型的运动控制技术应用的实例。其源自对工业领域典型生产加工过程的抽象提取，可提供包含同轴回转、直线同步、卷绕、飞剪、横切、夹钳、XY双轴平面运动在内的多种运动控制对象。
[0038] 如图1所示，图1为本实用新型通用伺服教学平台结构示意图，该教学平台包括：模块部件安装板2，在该模块部件安装板2上以阵列形式分布有多个模块安装孔21。
[0039] 具体地，所述模块部件安装板2用于安装模块部件，所述模块部件包括伺服电机和被控对象，被控对象通过伺服电机来驱动其产生各种不同的运动；伺服电机通过伺服驱动系统来控制其运动状态。
[0040] 本实用新型提供的模块安装孔可以根据实际安装在其上的模块具体结构有多种不同的孔结构形式，只要将模块安装孔设计为与通用模块结构对应的孔结构形式即可。
[0041] 本实用新型提供的通用伺服教学平台的核心技术就是模块化设计，使80％的模块部件能够通用，这样做的优势就是机械零部件的加工数量，降低成本，减少零部件的存放空间。
[0042] 进一步地，如上所述的通用伺服教学平台，为了保证该教学平台在可以根据需要进行搬动、且固定牢靠，所述模块部件安装板2安装在一个矩形结构的铝合金型材框架1内部。
[0043] 进一步地，如上所述的通用伺服教学平台，为了降低保证教学平台的总体质量轻，搬动灵活，所述铝合金型材框架1由铝合金材料制成。
[0044] 进一步地，如上所述的通用伺服教学平台，为了保证使用安全，在模块部件安装板2的正前方设置有一个安全光幕3，该安全光幕3的左右两侧分别固定在铝合金型材框架1上。为了避免有其他异物进入铝合金型材框架1而影响教学平台的演示内容，通过安全光幕
3来检测异物，当有异物通过安全光幕3 所在平面时，平台可以发出报警信号。
3来检测异物，当有异物通过安全光幕3 所在平面时，平台可以发出报警信号。
[0045] 进一步地，如上所述的通用伺服教学平台，为了保证伺服电机和被控对象能够稳固地固定，本实用新型在所述模块安装孔21沿圆周设置有多个凹槽211。
[0046] 进一步地，如上所述的通用伺服教学平台，包括用于控制模块部件安装板 2上安装的模块部件的通用电控柜4，该通用电控柜4连接有控制面板5，在控制面板5上设置有输入设备和显示屏，通过该控制面板5可以给通用电控柜4 输入执行命令、并将电控柜执行的各种参数信息通过显示屏显示。所述通用电控柜4内设置有用于控制驱动伺服电机的伺服驱动系统。
[0047] 所述电控柜被安装在通用安装支架的侧面，该电控柜为壁挂箱结构，电控柜为通用柜体，其中安装的控制设备可以是定制化的，可以安装西门子的多种控制方案，同时也支持例如：三菱、欧姆龙、台达等各品牌的控制器和伺服驱动器。
[0048] 本实用新型提供的通用伺服教学平台可以实现以下目的；
[0049] 1、解决多功能高端运动控制平台的空白。
[0050] 2、通过模块化设计，产生大量借用件，减少设备投入
[0051] 3、通过模块化设计，减少重复采购，降低投资成本
[0052] 4、通过模块化设计，减少设备的占地空间，通过实验室的利用率
[0054] 以下通过具体实施例来说明本实用新型通用伺服教学平台的使用方法，在介绍使用方法之前，先阐述一下通用伺服教学平台安装位置的定义，图2为通用伺服教学平台安装位置定义图，如图2所示，例如：在描述安装位置时标注 2-4，表示第2行第4列。
[0055] 实施例1：(同轴回转对象)
[0056] 图3为实施例1在通用伺服教学平台上安装同轴回转对象的结构示意图，图4为图3的后视图。
[0057] 同轴回转的使用原理
[0058] 将两条伺服轴通过同步齿形带传动到同轴的二根指针上，二根指针可以做同步运行，或按照一定速比像钟表一样运行。
[0059] 同轴回转的安装方法
[0060] 两台伺服电机轴系分别安装在4-1和4-5位置，两套张紧轴系分别安装在 1-1和1-5位置，同轴回转机构安装在2-3位置。整个安装都是通过机械定位确定安装位置和精度，安装过程无需任何工具。
[0061] 同轴回转的设计目的
[0062] 同轴回转同步对象，旨在加深对多个轴之间的运动协调控制的理解，其可以是多个轴在运动全程中进行同步，也可以是在运动过程中的局部有速度同步。
[0063] 实施例2：(直线同步对象)
[0064] 图5为实施例2在通用伺服教学平台上安装直线同步对象结构示意图；图 6为图5的主视图；图7为图6的后视图；
[0065] 直线同步的使用原理
[0066] 由两条相互平行同步齿形带组成，同步齿形带上设置了明确的标识，可以直观的观察同步齿形带运行过程的同步。
[0067] 直线同步的安装方法
[0068] 直线同步机构的安装非常简单，两台伺服电机轴系分别安装在2-1和2-2 位置，两套张紧轴系分别安装在2-5和2-6位置，整个安装都是通过机械定位确定安装位置和精度，安装过程无需任何工具。
[0069] 直线同步设计目的
[0070] 直线同步对象，旨在加深对多个轴之间的运动协调控制的理解，其可以是多个轴在运动全程中进行同步，也可以是在运动过程中的局部有速度同步。
[0071] 实施例3：(横切机模拟对象)
[0072] 图8为实施例3在通用伺服教学平台上安装横切机模拟对象结构示意图。
[0073] 横切机的使用原理
[0074] 横切机是由直线输送的物料和圆刀组成，当系统设定一个物料输送速度和物料的长度，圆刀就能够自动的与之进行速度匹配，在圆刀刀刃与物料相接触的短时间里刀刃的线速度与物料的限速的相等，在切割过程中刀刃与物料没有相互滑动，切割结束后，圆刀按照切割长度的要求控制转速，使下次接触时刚好符合切割长度的要求。其中物料的输送速度和切割长度是二个变量。
[0075] 横切机的安装方法
[0076] 横切机的安装方法十分方便，需要安装一台驱动组件在3-5位置，在3-1 安装一个张紧组件，安装同步齿形带并张紧。安装另一台驱动组件在2-3，然后安装模拟圆刀。整个安装过程都有机械定位，安装方便精确，安装调整过程不需要任何辅助工具。
[0077] 横切机的设计目的
[0078] 横切机是一种典型多轴伺服电子凸轮联动的案例，他可以简单、安全、直观的观察电机运行的效果。
[0079] 实施例4：(飞剪机模拟对象)
[0080] 图9为实施例4在通用伺服教学平台上安装飞剪机模拟对象结构示意图；飞剪机的使用原理
[0081] 飞剪机包含了直线物料输送和飞剪滑板，物料以恒定的速度运行，在设定的长度位置飞剪滑板启动，同步跟踪物料运行，在同步跟踪过程中飞剪会将物料锯断或切断，切割完成后，刀具抬起(该动作省略)。飞剪滑板迅速会到原点，等待新的切割点。周而复始[0082] 飞剪机的安装方法
[0083] 飞剪机的安装方法十分方便，需要安装一台驱动组件在3-6位置，在3-2 安装一个张紧组件，安装同步齿形带并张紧。安装另一台驱动组件在2-2，将飞剪滑台安装在2-3至2-5之间，整个安装过程都有机械定位，安装方便精确，安装调整过程不需要任何辅助工具。
[0084] 飞剪机的设计目的
[0085] 飞剪机是一种典型多轴伺服电子凸轮联动的案例，他可以简单、安全、直观的观察电机运行的效果。
[0086] 实施例5：(夹钳送料落料机模拟对象)
[0087] 图10为实施例5在通用伺服教学平台上安装夹钳送料落料机模拟对象结构示意图。
[0088] 夹钳送料落料机使用原理
[0089] 夹钳送料落料机包括一个曲柄连杆机构，带动一个冲头做有规律上下往复运动。下面的齿形带模拟夹钳进行间歇送料，当送料到位，送料电机停止，此时的冲头刚好接触到同步带，在冲头与同步带接触的时间送料电机开始反转，回到原点。当冲头完成一次冲压开始抬起，当冲头刚好离开同步带时送料电机开始向前送料。设备的送料节点和送料速度都是取决于回转曲柄的速度和位置。这也是一个电子凸轮的实验项目。
[0090] 夹钳送料落料机的安装方法
[0091] 夹钳送料落料机的安装方法十分方便，需要安装一台驱动组件在3-6位置，在3-2安装一个张紧组件，安装同步齿形带并张紧。安装另一台驱动组件在1-4，将冲压滑台安装在2-4至4-4之间，整个安装过程都有机械定位，安装方便精确，安装调整过程不需要任何辅助工具。
[0092] 夹钳送料落料机的设计目的
[0093] 夹钳送料落料机是一种典型多轴伺服电子凸轮联动的案例，他可以简单、安全、直观的观察电机运行的效果。
[0094] 实施例6：(卷绕机模拟对象)
[0095] 图11为实施例6在通用伺服教学平台上安装卷绕机模拟对象结构示意图。
[0096] 卷绕机的使用原理
[0097] 卷绕机是以电影胶片作为缠绕载体，卷盘和放盘都是用伺服电机驱动，卷盘为主动盘，在卷盘逐渐变大过程中降低转速，控制胶片线速度恒定。放盘是以压力传感器得到的压力值作为闭环控制条件，反馈控制电机转速，使其缠绕过程中胶片的张力恒定。
[0098] 卷绕机的安装方法
[0099] 卷绕机安装时将二个卷盘分别安装在3-1和3-5的位置，将两个辅助托辊安装在2-2和2-4的位置，将张力传感器安装在2-3的位置。整个安装过程都有机械定位，安装方便精确，安装调整过程不需要任何辅助工具。
[0100] 卷绕机的设计目的
[0101] 卷绕机是一个典型的伺服电机开环控制与闭环控制同时使用的良好实例。
[0102] 实施例7：(双轴平面运动对象)
[0103] 图12为实施例7在通用伺服教学平台上安装双轴平面运动对象结构示意图；图13(a)-13(d)为双轴平面运动对象的运动轨迹示意图；双轴平面运动对象包括 2台伺服电机和2条直线导轨，当两台电机同时同速顺时针旋转时，激光笔向左移动；当两台电机同时同速逆时针旋转时，激光笔想右移动；当两台电机同时同时向内旋转时激光笔向上移动；当两台电机同时同速向外旋转时，激光笔向下移动；当两台电机不是同速运行，则激光笔可以斜向运行。
[0105] 双轴平面运动对象的安装
[0106] 双轴平面运动的安装在这套设备中是比较复杂的，首先需要在模块部件安装板2的1-1和1-6各安装一台伺服驱动组件，在1-2和1-5之间安装水平直线导轨；
[0107] 完成伺服驱动组件之后安装垂直直线导轨，然后安装已经预制好的同步齿形带，并张紧同步齿形带。然后再依次组装XY双轴直线导轨、组装两台伺服驱动组件、将已经预装好的同步齿形带安装并张紧。
[0108] 以上整个安装过程无需任何工具，安装位置通过子口定位，安装简单快捷。
[0109] 双轴平面运动对象的设计目的
[0110] 学习多轴伺服同步运行、学习多轴伺服速度协调、学习多轴伺服插补控制、学习多轴伺服电子凸轮应用。
[0111] 本实用新型提供的通用伺服教学平台具有结构特点
[0112] 1、结构简单，安装方便。
[0113] 2、更多伺服应用集成在一个实验平台，节约场地，资源和成本。
[0114] 3、激光笔跟踪路径直观，安全。
[0115] 4、覆盖大量高级伺服应用的技术关键，可简可难，循序渐进。
[0116] 5、安装时全部通过机械定位，安装位置准确唯一。
[0117] 6、几乎不需要任何安装工具即可完成项目转换。
[0119] 8、可训练与提高动手操作能力、实验设计组织能力、运用理论分析与解决实际问题的能力、观察与发现问题能力以及探索问题与创新能力等；系统设计简单、精确，易于安装；运用真实的控制器、电机、传感器和空间分布，提供真实的空间位置感和操作感[0120] 9、来源于真实工业领域典型过程，极大提升培训教学的效果。
[0121] 10、支持拆装，鼓励创新探索，通过灵活简易的组合，搭建出满足需要的实验场景，实现多种实训目标；高性能的运动控制器，最大程度地支持保障控制方案、算法和策略的设计与实验。
[0122] 11、维护简便、高可靠性的实验系统，工艺对象灵活可变。
[0123] 以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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