CN102402894A - 动态装配运动控制实训考核装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态装配运动控制实训考核装备，包括供料站、加工站、分拣站、传送站、台面、控制单元、跟随安装站，构成一个典型的自动线的机械平台，不仅能实现运动控制系统静态控制的实训，而且能实现配套工件的动态装配，通过本装备让实训者着重进行动态控制技术的训练。

Description

动态装配运动控制实训考核装备

技术领域

本发明涉及一种教学实训装置，特别是一种动态装配运动控制实训考核装备。

背景技术

现有的适用于高职和本科教学实训和考核的“运动控制系统”教学设备只能完成静态控制的实训项目,例如定位控制等。由于设备本身无法提出动态的控制要求，使得本项实训教学内容有较大的缺失，然而实际工业生产中大量动态控制问题（例如随动控制、张力控制等），若不能结合到教学实践中，将是教学设备行业的一个遗憾。构造一个数学模型能为高职或本科学生所接受，既可用于运动控制系统静态控制的实训，更着重于动态控制技术的训练，又与实际生产极为贴近的教学实训设备，并能避免实训过程的材料损耗、环境污染，正是本项设计的目的所在。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能进行运动控制系统静态控制的实训，同时更着重于动态控制技术的训练的动态装配运动控制实训考核装备。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种动态装配运动控制实训考核装备，包括供料站、加工站、分拣站、传送站、台面、控制单元，所述供料站、加工站、分拣站及传送站设置在台面上，其特征是还包括跟随安装站，所述跟随安装站包括机械手爪、直线动力输送单元，所述机械手爪设置在直线动力输送单元上，所述直线动力输送单元设置台面上；

所述传送站包括有平皮带、皮带传送单元，所述平皮带设置在台面上且与直线动力输送单元平行设置，所述皮带传送单元带动平皮带转动；

所述分拣站包括气缸分拣子站、丝杆分拣子站，所述气缸分拣子站包括顶料气缸、料斗，所述顶料气缸设置在平皮带一侧，所述料斗设置在平皮带另一侧与顶料气缸相对应位置，所述丝杆分拣子站设置在平皮带末端；

所述供料站包括有大工件供料子站和小工件供料子站，所述大工件供料子站和小工件供料子站紧凑连接，所述大工件供料子站供应第一工件，所述小工件供料子站供应第二工件，所述第一工件与第二工件配合使用；

所述皮带传送单元设置有位置编码器，所述跟随安装站设置有伺服装置，所述位置编码器、伺服装置与控制单元信号连接且实现第一工件与第二工件的动态装配，所述控制单元按照设定方式协调供料站、加工站、分拣站、传送站、跟随安装站动作。

作为一种改进，所述丝杆分拣子站包括多个滑道存储器、机械手，传输丝杆、丝杆支架，所述传输丝杆设置在丝杆支架上，所述丝杆支架设置在台面上，所述机械手设置在传输丝杆上且朝向平皮带的一侧，所述滑道存储器倾斜设置在丝杆支架下方，所述多个滑道存储器靠近平皮带的一端设置在存储器支架上，所述多个滑道存储器另一端设置在台面上。

作为一种改进，所述机械手包括第一导杆气缸、第二导杆气缸、气动手爪，所述第一导杆气缸设置在传输丝杆上，所述第一导杆气缸与传输丝杆组成双自由度，所述第二导杆气缸设置在第一导杆气缸活动端，所述第一导杆气缸与第二导杆气缸组成双自由度，所述气动手爪设置第二导杆气缸活动端，所述气动手爪内表面形状与所第一工件形状匹配。

作为一种改进，所述大工件供料子站包括大工件推料气缸、大工件推料头、大工件料管底座、大工件料管，所述大工件推料头设置在大工件推料气缸的活动端，所述大工件料管竖立设置在大工件料管底座，所述大工件料管的下部设有水平方向贯穿并且与所述大工件推料头相配合的大工件通孔，所述大工件料管底座连接与所述大工件通孔相对的大工件挡板，所述大工件通孔与大工件挡板之间下方通透；小工件供料子站包括小工件推料气缸、小工件推料头、小工件料管底座、小工件料管、小工件料槽，所述小工件推料头设置在小工件推料气缸的活动端，小工件推料气缸带动小工件推料头在小工件料槽上前后运动，所述小工件料管竖立设置在小工件料管底座，所述小工件料管的下部设有水平方向贯穿且小工件推料头运动通过的小工件通孔，所述小工件料槽末端封闭。

做为一种改进，所述小工件推料气缸活塞运动方向与大工件推料气缸活塞运动方向相垂直。

做为一种改进，所述设定方式包括以下步骤：

大工件供料子站和小工件供料子站分别进行第一工件、第二工件的推出

工作，只要其中一个供料子站无工件，都将停止推出工件，除非重新加入相应工件；

大工件供料子站推出完成后，平皮带启动输送第一工件；

小工件供料子站推出完成后，机械手爪伸出、夹紧、提升、缩回取第二工件，然后左转、下降，伸出，若第一工件已到达允许跟随位置，则机械手爪（51）开始跟随工作，否则要等待；

跟随同步完成后，机械手爪松开，第二工件落到第一工件里进行装配，装配完成机械手爪回原点；

 已装配件到达加工工位时，平皮带停止，由加工站进行一次加工头下降冲压工作；

 冲压完成后，平皮带重新启动；

 装配件到达平皮带末端时，平皮带停止，请求分拣站要其进行入槽存分拣；

 当平皮带末端的装配件被分拣站取走后，重复执行

-

的工作流程，除非给出停止命令。

本发明动态装配运动控制实训考核装备包括供料站、加工站、分拣站、传送站、跟随安装站、控制单元，构成一个典型的自动线的机械平台，系统各机构采用了气动驱动、变频器驱动和步伺服电机位置控制等技术，不仅能实现运动控制系统静态控制的实训，又与实际生产极为贴近，实训效果好；皮带传送单元设置有位置编码器，跟随安装站设置有伺服装置，位置编码器与伺服装置与控制单元信号连接，能实现第一工件与第二工件的动态装配，通过本装备让实训者着重进行动态控制技术的训练。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。

附图说明

图1是发明动态装配运动控制实训考核装备的结构示意图；

图2是图1部件传送站的结构示意图；

图3是图1部件丝杆分拣子站的结构示意图；

图4是图1部件供料站的结构示意图；

图5是图1部件跟随安装站的结构示意图。

具体实施方式

如图 1、图2、图3、图4、图5所示，一种动态装配运动控制实训考核装备的具体实施方式，包括供料站1、加工站2、分拣站3、传送站4、台面6、控制单元，所述供料站1、加工站2、分拣站3及传送站4设置在台面6上，供料站1模拟一供料工序，加工站2模拟一加工工序，分拣站3模拟一分拣工序，传送站4模拟一传送工序，通过模拟不同工序达到实训目的，还包括跟随安装站5，跟随安装站5模拟一动态跟随安装程序，所述跟随安装站5包括机械手爪51、直线动力输送单元52，所述机械手爪51设置在直线动力输送单元52上，所述直线动力输送单元52设置台面6上；

所述传送站4包括有平皮带41、皮带传送单元42，所述平皮带41设置在台面6上且与直线动力输送单元52平行设置，所述皮带传送单元42带动平皮带41转动；

所述分拣站3包括气缸分拣子站31、丝杆分拣子站32，所述气缸分拣子站31包括顶料气缸31a、料斗31b，所述顶料气缸31a设置在平皮带41一侧，所述料斗31b设置在平皮带41另一侧与顶料气缸31a相对应位置，所述丝杆分拣子站32设置在平皮带41末端；

所述供料站1包括有大工件供料子站11和小工件供料子站12，所述大工件供料子站11和小工件供料子站12紧凑连接，所述大工件供料子站11供应第一工件，所述小工件供料子站12供应第二工件，所述第一工件与第二工件配合使用；皮带传送单元42设置有位置编码器，跟随安装站5设置有伺服装置，所述位置编码器、伺服装置与控制单元信号连接且实现第一工件与第二工件的动态装配，所述控制单元按照设定方式协调供料站1、加工站2、分拣站3、传送站4、跟随安装站5动作。采用上述结构后，不仅能实现运动控制系统静态控制的实训，还能能实现第一工件与第二工件的动态装配，通过本装备让实训者着重进行动态控制技术的训练。本发明还能实现实训设备的多工作模式，达到同一台实训设备完成多种实训任务的要求。

做为一种改进的具体实施方式，如图1、图3所示，所述丝杆分拣子站32包括多个滑道存储器33、机械手34，传输丝杆35、丝杆支架36，所述传输丝杆35设置在丝杆支架36上，所述丝杆支架36设置在台面6上，所述机械手34设置在传输丝杆35上且朝向平皮带41的一侧，所述滑道存储器33倾斜设置在丝杆支架36下方，所述多个滑道存储器33靠近平皮带41的一端设置在存储器支架36上，所述多个滑道存储器33另一端设置在台面6上。传输丝杆35是一由步进电机驱动的滚珠丝杠传动机构，步进电机通过驱动有直线导杆和滚珠丝杠组成的滚珠丝杠机构，将电机的旋转运动转换成丝杆滑块的直线运动。机械手34及传输丝杆35利用台面6上部空间，滑道存储器33倾斜设置在丝杆支架36下方，利用丝杆支架36下方空间，结构合理、布局紧凑。

做为一种改进的具体实施方式，如图1、图3所示，所述机械手34包括第一导杆气缸34a、第二导杆气缸34b、气动手爪34c，所述第一导杆气缸34a设置在传输丝杆35上，所述第一导杆气缸34a与传输丝杆35组成双自由度，所述第二导杆气缸34b设置在第一导杆气缸34a活动端，所述第一导杆气缸34a与第二导杆气缸34b组成双自由度，所述气动手爪34c设置第二导杆气缸34b活动端，所述气动手爪34c内表面形状与所第一工件形状匹配。

做为一种改进的具体实施方式，如图1、图4所示，所述大工件供料子站11包括大工件推料气缸111、大工件推料头112、大工件料管底座113、大工件料管114，所述大工件推料头112设置在大工件推料气缸111的活动端，所述大工件料管114竖立设置在大工件料管底座113，所述大工件料管114的下部设有水平方向贯穿并且与所述大工件推料头112相配合的大工件通孔，所述大工件料管底座113连接与所述大工件通孔相对的大工件挡板115，所述大工件通孔与大工件挡板115之间下方通透；大工件供料子站33的功能是对第一工件进行储存并在控制单元的控制下，按系统的需要分配和供给第一工件。用于该设备的第一工件存储在大工件料管114中，当控制单元判断出设备需要第一工件时，在控制单元的控制下，大工件推料气缸111带动大工件推料头112将处于处于大工件推料头112前面的第一工件从整个储存部分分离出来，大工件通孔与大工件挡板115之间下方设置有平皮带41，第一工件输送到平皮带41上，大工件推料气缸111缩回， 完成第一工件的一次供料过程。

做为一种改进的具体实施方式，如图1、图4所示，小工件供料子站12包括小工件推料气缸121、小工件推料头122、小工件料管底座123、小工件料管124、小工件料槽125，所述小工件推料头122设置在小工件推料气缸121的活动端，小工件推料气缸121带动小工件推料头122在小工件料槽125上前后运动，所述小工件料管124竖立设置在小工件料管底座123，所述小工件料管124的下部设有水平方向贯穿且小工件推料头122运动通过的小工件通孔，所述小工件料槽125末端封闭。小工件供料子站2与大工件供料子站1工作原理基本相同，不同点在小工件在被推送到小工件料槽125末端时，由机械手爪51取走第二工件。

做为一种改进的具体实施方式，如图1、图4所示，所述小工件推料气缸121活塞运动方向与大工件推料气缸111活塞运动方向相垂直。大工件供料子站11和小工件供料子站12的具体结构结合小工件推料气缸121活塞运动方向与大工件推料气缸111活塞运动方向相垂直设置，空间利用合理，结构设计紧凑。

通过本发明的教学和实训可以到达如下目的：

(1)              了解跟随和同步的工艺；

(2)              了解PID 算法、掌握PID 调试方法；

(3)              掌握伺服、步进系统以及变频器的安装和调试；

(4)              了解PLC间串行通讯知识技术以及掌握组网方法；

(5)              掌握PLC和变频器间的串行通讯；

(6)              掌握触摸屏的组态技术；

(7)              了解和掌握气动技术；

(8)              了解、掌握各种传感器的各种功能以及应用。

做为一种优选的的具体实施方式，所述设定方式包括以下步骤：

大工件供料子站11和小工件供料子站12分别进行第一工件、第二工件的推出工作，只要其中一个供料子站无工件，都将停止推出工件，除非重新加入相应工件；

大工件供料子站11推出完成后，平皮带41启动输送第一工件；

小工件供料子站12推出完成后，机械手爪51伸出、夹紧、提升、缩回取第二工件，然后左转、下降，伸出，若第一工件已到达允许跟随位置，则机械手爪51开始跟随工作，否则要等待；

跟随同步完成后，机械手爪51松开，第二工件落到第一工件里进行装配，装配完成机械手爪51回原点；

 已装配件到达加工工位时，平皮带41停止，由加工站2进行一次加工头下降冲压工作；

 冲压完成后，平皮带41重新启动；

 装配件到达平皮带41末端时，平皮带41停止，请求分拣站3要其进行入槽存分拣；

 当平皮带41末端的装配件被分拣站3取走后，重复执行

-的工作流程，除非给出停止命令。

采用上述设定方式，能达到本发明的教学和实训目的。

Claims (8)

1.一种动态装配运动控制实训考核装备，包括供料站（1）、加工站（2）、分拣站（3）、传送站（4）、台面（6）、控制单元，所述供料站（1）、加工站（2）、分拣站（3）及传送站（4）设置在台面（6）上，其特征是还包括跟随安装站（5），所述跟随安装站（5）包括机械手爪（51）、直线动力输送单元（52），所述机械手爪（51）设置在直线动力输送单元（52）上，所述直线动力输送单元（52）设置台面（6）上；

所述传送站（4）包括有平皮带（41）、皮带传送单元（42），所述平皮带（41）设置在台面（6）上且与直线动力输送单元（52）平行设置，所述皮带传送单元（42）带动平皮带（41）转动；

所述分拣站（3）包括气缸分拣子站（31）、丝杆分拣子站（32），所述气缸分拣子站（31）包括顶料气缸、料斗，所述顶料气缸设置在平皮带（41）一侧，所述料斗设置在平皮带（41）另一侧与顶料气缸相对应位置，所述丝杆分拣子站（32）设置在平皮带（41）末端；

所述供料站（1）包括有大工件供料子站（11）和小工件供料子站（12），所述大工件供料子站（11）和小工件供料子站（12）紧凑连接，所述大工件供料子站（11）供应第一工件，所述小工件供料子站（12）供应第二工件，所述第一工件与第二工件配合使用；

所述皮带传送单元（42）设置有位置编码器，所述跟随安装站（5）设置有伺服装置，所述位置编码器、伺服装置与控制单元信号连接且实现第一工件与第二工件的动态装配，所述控制单元按照设定方式协调供料站（1）、加工站（2）、分拣站（3）、传送站（4）、跟随安装站（5）动作。

2.根据权利要求1所述的动态装配运动控制实训考核装备，其特征是所述丝杆分拣子站（32）包括多个滑道存储器（33）、机械手（34），传输丝杆（35）、丝杆支架（36），所述传输丝杆（35）设置在丝杆支架（36）上，所述丝杆支架（36）设置在台面（6）上，所述机械手（34）设置在传输丝杆（35）上且朝向平皮带（41）的一侧，所述滑道存储器（33）倾斜设置在丝杆支架（36）下方，所述多个滑道存储器（33）靠近平皮带（41）的一端设置在存储器支架（36）上，所述多个滑道存储器（33）另一端设置在台面（6）上。

3.根据权利要求2所述的动态装配运动控制实训考核装备，其特征是所述机械

手（34）包括第一导杆气缸（34a）、第二导杆气缸（34b）、气动手爪（34c），所述第一导杆气缸（34a）设置在传输丝杆（35）上，所述第一导杆气缸（34a）与传输丝杆（35）组成双自由度，所述第二导杆气缸（34b）设置在第一导杆气缸（34a）活动端，所述第一导杆气缸（34a）与第二导杆气缸（34b）组成双自由度，所述气动手爪（34c）设置第二导杆气缸（34b）活动端，所述气动手爪（34c）内表面形状与所第一工件形状匹配。

4.根据权利要求1或2或3所述的动态装配运动控制实训考核装备，其特征是

所述大工件供料子站（11）包括大工件推料气缸（111）、大工件推料头（112）、大工件料管底座（113）、大工件料管（114），所述大工件推料头（112）设置在大工件推料气缸（111）的活动端，所述大工件料管（114）竖立设置在大工件料管底座（113），所述大工件料管（114）的下部设有水平方向贯穿并且与所述大工件推料头（112）相配合的大工件通孔，所述大工件料管底座（113）连接与所述大工件通孔相对的大工件挡板（115），所述大工件通孔与大工件挡板（115）之间下方通透；小工件供料子站（12）包括小工件推料气缸（121）、小工件推料头（122）、小工件料管底座（123）、小工件料管（124）、小工件料槽（125），所述小工件推料头（122）设置在小工件推料气缸（121）的活动端，小工件推料气缸（121）带动小工件推料头（122）在小工件料槽（125）上前后运动，所述小工件料管（124）竖立设置在小工件料管底座（123），所述小工件料管（124）的下部设有水平方向贯穿且小工件推料头（122）运动通过的小工件通孔，所述小工件料槽（125）末端封闭。

5.根据权利要求4所述的动态装配运动控制实训考核装备，其特征是所述小

工件推料气缸（121）活塞运动方向与大工件推料气缸（111）活塞运动方向相垂直。

6.根据权利要求1或2或3所述的动态装配运动控制实训考核装备，其特征

是所述设定方式包括以下步骤：

大工件供料子站（11）和小工件供料子站（12）分别进行第一工件、第

二工件的推出工作，只要其中一个供料子站无工件，都将停止推出工件，除非重新加入相应工件；

大工件供料子站（11）推出完成后，平皮带（41）启动输送第一工件；

小工件供料子站（12）推出完成后，机械手爪（51）伸出、夹紧、提升、缩回取第二工件，然后左转、下降，伸出，若第一工件已到达允许跟随位置，则机械手爪（51）开始跟随工作，否则要等待；

跟随同步完成后，机械手爪（51）松开，第二工件落到第一工件里进行装配，装配完成机械手爪（51）回原点；

 已装配件到达加工工位时，平皮带（41）停止，由加工站（2）进行一次加工头下降冲压工作；

 冲压完成后，平皮带（41）重新启动；

 装配件到达平皮带（41）末端时，平皮带（41）停止，请求分拣站（3）要其进行入槽存分拣；

 当平皮带（41）末端的装配件被分拣站（3）取走后，重复执行

-

的工作流程，除非给出停止命令。

7.根据权利要求4所述的动态装配运动控制实训考核装备，其特征是所述设

定方式包括以下步骤：

大工件供料子站（11）和小工件供料子站（12）分别进行第一工件、第

二工件的推出工作，只要其中一个供料子站无工件，都将停止推出工件，除非重新加入相应工件；

大工件供料子站（11）推出完成后，平皮带（41）启动输送第一工件；

小工件供料子站（12）推出完成后，机械手爪（51）伸出、夹紧、提升、缩回取第二工件，然后左转、下降，伸出，若第一工件已到达允许跟随位置，则机械手爪（51）开始跟随工作，否则要等待；

跟随同步完成后，机械手爪（51）松开，第二工件落到第一工件里进行装配，装配完成机械手爪（51）回原点；

 已装配件到达加工工位时，平皮带（41）停止，由加工站（2）进行一次加工头下降冲压工作；

 冲压完成后，平皮带（41）重新启动；

 装配件到达平皮带（41）末端时，平皮带（41）停止，请求分拣站（3）要其进行入槽存分拣；

 当平皮带（41）末端的装配件被分拣站（3）取走后，重复执行

-

的工作流程，除非给出停止命令。

8.根据权利要求5所述的动态装配运动控制实训考核装备，其特征是所述设

定方式包括以下步骤：

大工件供料子站（11）和小工件供料子站（12）分别进行第一工件、第

二工件的推出工作，只要其中一个供料子站无工件，都将停止推出工件，除非重新加入相应工件；

大工件供料子站（11）推出完成后，平皮带（41）启动输送第一工件；

小工件供料子站（12）推出完成后，机械手爪（51）伸出、夹紧、提升、缩回取第二工件，然后左转、下降，伸出，若第一工件已到达允许跟随位置，则机械手爪（51）开始跟随工作，否则要等待；

跟随同步完成后，机械手爪（51）松开，第二工件落到第一工件里进行装配，装配完成机械手爪（51）回原点；

 已装配件到达加工工位时，平皮带（41）停止，由加工站（2）进行一次加工头下降冲压工作；

 冲压完成后，平皮带（41）重新启动；

 装配件到达平皮带（41）末端时，平皮带（41）停止，请求分拣站（3）要其进行入槽存分拣；

 当平皮带（41）末端的装配件被分拣站（3）取走后，重复执行

-

的工作流程，除非给出停止命令。

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