CN103236198A - 机电一体化通用教学平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机电一体化通用教学平台，包括机架、控制系统以及人机界面操作系统，还包括独立可自由拆卸组装的三相异步变频传动模块、直流调速传动模块、步进电机传动模块和/或伺服电机传动模块。本发明提供一个标准化的机电一体化教学装备，符合大多数机电一体化教材教学大纲要求，具备开放性的、创新性和可参与性的特点。使得受训者更容易全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成，可以促进在机械设计、电气自动化、自动控制、机械装配、传感器技术、气动技术等方面的学习，并对电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、网络通信技术、高级语言编程等技能得到实际的训练，在设计、装配、调试能力等方面均能得到综合提高。

Description

机电一体化通用教学平台

技术领域

本发明属于机电一体化领域，具体涉及一种机电一体化通用教学平台。

背景技术

机电一体化是利用信息处理功能对机械进行各种控制的技术。当今世界上各种灵巧便利的机械，都是基于机电一体化技术制造的。此外，机电一体化技术在家用电器、各种车辆、医疗器械、工厂、游乐园等各种领域、场所都得到了广泛的应用。

现在，中国正在经历着前所未有的巨大变革，以电子制造业为基础的信息产业迅速发展，媒体不厌其烦的宣传中国面向信息产业的人才培养滞后，因此出现了现在接受高等教育的优秀青年不约而同地选择信息和计算机科学，而使本来就基础薄弱的制造业更加呈现人才不足的危险状况，这样一来，硬件技术和软件技术的不平衡，必将导致对两者都不利的严重后果。

为了适当扭转这种局面，必须使接受高等教育的学生理解机电一体化，并对其有兴趣，在此基础上，进一步研究和提高制造技术，而涵盖机电一体化技术的教学产品也尤为重要。

此外，各高职高校机电一体化专业教材与教学内容多种多样，难以与实际需要结合，迫切需要统一的涵盖丰富的机电一体化教材与匹配的教学产品，满足社会需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种机电一体化通用教学平台，它涵盖丰富的机电一体化教材与匹配的教学产品，满足社会需求。

本发明所采用的技术方案是：一种机电一体化通用教学平台，包括机架、控制系统以及人机界面操作系统，还包括独立可自由拆卸组装的三相异步变频传动模块、直流调速传动模块、步进电机传动模块和/或伺服电机传动模块。

作为优选，所述机架由一体化铝合金型材搭建的桌面载体。

作为优选，所述控制系统是设置在机架上的抽屉式控制系统。

作为优选，所述三相异步变频传动模块包括变速箱框架及其内部的齿轮变速轴系，所述齿轮变速轴系由三相异步减速电机传动，所述齿轮变速轴系由主动轴、从动轴以及拨叉轴构成，所述主动轴和从动轴上设有多组不同大小的且相互啮合的齿轮组，所述从动轴的末端输出安装有测速发电机。

作为优选，所述直流调速传动模块包括左右两传动模块直线导轨以及可在该传动模块直线导轨上滑动的直流传动模块框架，所述直流传动模块框架上安装有直流减速电机以及由该直流减速电机通过链传动机构、槽轮间歇机构和圆柱齿轮传动机构带动的传动齿轮，两传动模块直线导轨之间设置有与所述传动齿轮啮合的齿条轨道，所述传动模块直线导轨的一端设有一滑轮机构，所述直流传动模块框架上设有一穿过该滑轮机构的测试拉线，该测试拉线的末端设置有拉线传感器。

作为优选，所述步进电机传动模块包括左右两步进模块直线导轨以及通过滚珠丝杠螺母副在该步进模块直线导轨上滑动的气动机械手，两步进模块直线导轨外侧设有二工位搬运平台，所述步进模块直线导轨一端设有通过联轴器驱动所述滚珠丝杠螺母副的步进电机。

作为优选，所述滚珠丝杠螺母副的末端设有旋转编码器。

作为优选，所述伺服电机传动模块包括模块底座，该模块底座上设有交流伺服电机以及由该交流伺服电机通过谐波减速器、蜗轮蜗杆传动机构和锥齿轮传动机构带动的凸轮机构，所述凸轮机构的一侧设有与之对应的、带伸缩弹簧轴卡的测试支架。

本发明的有益效果在于：本发明提供一个标准化的机电一体化教学装备，符合大多数机电一体化教材教学大纲要求，具备开放性的、创新性和可参与性的特点。使得受训者更容易全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成，可以促进在机械设计、电气自动化、自动控制、机械装配、传感器技术、气动技术等方面的学习，并对电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、网络通信技术、高级语言编程等技能得到实际的训练，在设计、装配、调试能力等方面均能得到综合提高。

附图说明

图1为本发明的侧视图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的三相异步变频传动模块侧视图；

图4为本发明的三相异步变频传动模块俯视图；

图5为本发明的直流调速传动模块侧视图；

图6为本发明的直流调速传动模块俯视图；

图7为本发明的步进电机传动模块侧视图；

图8为本发明的步进电机传动模块俯视图；

图9为本发明的伺服电机传动模块侧视图；

图10为本发明的伺服电机传动模块俯视图。

图中：1、三相异步变频传动模块；2、直流调速传动模块；3、步进电机传动模块；4、伺服电机传动模块；5、控制系统；6、人机界面操作系统；7、机架；8、三相异步减速电机；9、齿轮组；10、从动轴；11、变速箱框架；12、主动轴；13、拨叉轴；14、测速发电机；15、直流减速电机；16、齿条轨道；17、链传动机构；18、槽轮间歇机构；19、直流传动模块框架；20、圆柱齿轮传动机构；21、传动齿轮；22、滑轮机构；23、传动模块直线导轨；24、拉线传感器；25、步进电机；26、联轴器；27、滚珠丝杠螺母副；28、步进模块直线导轨；29、旋转编码器；30、气动机械手；31、二工位搬运平台；32、交流伺服电机；34、测试支架；35、谐波减速器；36、蜗轮蜗杆传动机构；37、锥齿轮传动机构；38、凸轮机构；39、伸缩弹簧轴卡；40、模块底座。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，一种机电一体化通用教学平台，包括机架7、控制系统5以及人机界面操作系统6，所述机架7由一体化铝合金型材搭建的桌面载体，所述控制系统5是设置在机架7上的抽屉式控制系统，还包括独立可自由拆卸组装的三相异步变频传动模块1、直流调速传动模块2、步进电机25传动模块3和/或伺服电机传动模块4。

所述机架7采用优质铝型材搭建，底板安装支脚滚轮，可轻松移动与集成。平台控制系统5安装与抽屉上，开放式布置。同时配置控制操作面板，安装按钮与指示灯以及各控制模块。

如图3和图4所示，所述三相异步变频传动模块1包括变速箱框架11及其内部的齿轮变速轴系，所述齿轮变速轴系由三相异步减速电机8传动，所述齿轮变速轴系由主动轴12、从动轴10以及拨叉轴13构成，所述主动轴12和从动轴10上设有多组不同大小的且相互啮合的齿轮组9，所述从动轴10的末端输出安装有测速发电机14。本模块工作过程为：三相异步减速电机8连接带传动，带动仿机床主轴变速箱齿轮传动机构，通过拨叉轴13调整不同齿轮啮合，输出不同速度，末端输出安装测速发电机14，以便测试不同齿轮传动时所输出转速。所述的三相异步变频传动模块1配置变频器控制，通过变频调速测试电机性能。

如图5和图6所示，所述直流调速传动模块2包括左右两传动模块直线导轨23以及可在该传动模块直线导轨23上滑动的直流传动模块框架19，所述直流传动模块框架19上安装有直流减速电机15以及由该直流减速电机15通过链传动机构17、槽轮间歇机构18和圆柱齿轮传动机构20带动的传动齿轮21，两传动模块直线导轨23之间设置有与所述传动齿轮21啮合的齿条轨道16，所述传动模块直线导轨23的一端设有一滑轮机构22，所述直流传动模块框架19上设有一穿过该滑轮机构22的测试拉线，该测试拉线的末端设置有拉线传感器24。本模块工作过程为：直流减速电机15驱动链传动，带动槽轮间隙机构动作，输出到圆柱齿轮传动，带动齿轮齿条传动，使得整体模块框架在直线导轨上移动。所述的直流调速传动模块2配置电子调速控制方式，通过末端拉线传感器24测试同一时间不同电机参数时输出位移数值。

如图7和图8所示，所述步进电机传动模块3包括左右两步进模块直线导轨28以及通过滚珠丝杠螺母副27在该步进模块直线导轨28上滑动的气动机械手30，两步进模块直线导轨28外侧设有二工位搬运平台31，所述步进模块直线导轨28一端设有通过联轴器26驱动所述滚珠丝杠螺母副27的步进电机25，所述滚珠丝杠螺母副27的末端设有旋转编码器29。本模块工作过程为：步进电机25驱动滚珠丝杠旋转，带动气动机械手30直线移动，气动机械手30动作从两侧二工位搬运平台31分别往复搬运工件。步进直线台尾端安装旋转编码器29，闭环反馈测量应用。

如图9和图10所示，所述伺服电机传动模块4包括模块底座40，该模块底座40上设有交流伺服电机32以及由该交流伺服电机32通过谐波减速器35、蜗轮蜗杆传动机构36和锥齿轮传动机构37带动的凸轮机构38，所述凸轮机构38的一侧设有与之对应的、带伸缩弹簧轴卡39的测试支架34。本模块工作过程为：伺服电机通过联轴器26连接谐波减速器35输出，经蜗轮蜗杆与锥齿轮传动，带动末端凸轮转动，凸轮转动带动伸缩弹簧轴卡39可观察凸轮运行性能参数。

本发明提供一个标准化的机电一体化教学装备，符合大多数机电一体化教材教学大纲要求，具备开放性的、创新性和可参与性的特点。使得受训者更容易全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成，可以促进在机械设计、电气自动化、自动控制、机械装配、传感器技术、气动技术等方面的学习，并对电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、网络通信技术、高级语言编程等技能得到实际的训练，在设计、装配、调试能力等方面均能得到综合提高。

本发明的特点在于：

1、零部件采用工业级产品，工业化产品设计加工，并按工业结构形式开放式设计。

2、系统采用机电产品常用传动类型，并结合常用电机与传感器，组成典型机电一体化实验台。是培养学生创新能力的理想平台。

3、各模块可自由组合成多种传动结构，配合驱动电机，适合学生动手安装与操作，并理论联系实际，从机械、电机性能应用、PLC编程、气动技术等全方位实训。

4、系统配置人机界面，控制简单直观。不同组合情况下，可利用计算机进行编程操作检验，学习内容极大丰富。

5、开放PLC全部源程序，以便于用户开发出适合需求的系统运行程序，方便了老师和同学课题研究工作。

6、提供说明书、实验指导书，并详细介绍各结构特点、原理、设计思想、计算方法以及应用和发展。并拓展介绍工业上相关设备。在此基础上，我公司还提供机械本体装配说明书、软件使用说明书等。便于独立教学和实验。

7、系统机电技术全面开放，配备完善的实验指导书，可轻松搭建并开发出自己的传动或控制功能，激发学习兴趣。

机电一体化通用教学平台适用范围：作为机电一体化系统教学设备应用于高职高校。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (8)

1.一种机电一体化通用教学平台，包括机架（7）、控制系统（5）以及人机界面操作系统（6），其特征在于：还包括独立可自由拆卸组装的三相异步变频传动模块（1）、直流调速传动模块（2）、步进电机传动模块（3）和/或伺服电机传动模块（4）。

2.根据权利要求1所述的机电一体化通用教学平台，其特征在于：所述机架（7）由一体化铝合金型材搭建的桌面载体。

3.根据权利要求1所述的机电一体化通用教学平台，其特征在于：所述控制系统（5）是设置在机架（7）上的抽屉式控制系统。

4.根据权利要求1所述的机电一体化通用教学平台，其特征在于：所述三相异步变频传动模块（1）包括变速箱框架（11）及其内部的齿轮变速轴系，所述齿轮变速轴系由三相异步减速电机（8）传动，所述齿轮变速轴系由主动轴（12）、从动轴（10）以及拨叉轴（13）构成，所述主动轴（12）和从动轴（10）上设有多组不同大小的且相互啮合的齿轮组（9），所述从动轴（10）的末端输出安装有测速发电机（14）。

5.根据权利要求1所述的机电一体化通用教学平台，其特征在于：所述直流调速传动模块（2）包括左右两传动模块直线导轨（23）以及可在该传动模块直线导轨（23）上滑动的直流传动模块框架（19），所述直流传动模块框架（19）上安装有直流减速电机（15）以及由该直流减速电机（15）通过链传动机构（17）、槽轮间歇机构（18）和圆柱齿轮传动机构（20）带动的传动齿轮（21），两传动模块直线导轨（23）之间设置有与所述传动齿轮（21）啮合的齿条轨道（16），所述传动模块直线导轨（23）的一端设有一滑轮机构（22），所述直流传动模块框架（19）上设有一穿过该滑轮机构（22）的测试拉线，该测试拉线的末端设置有拉线传感器（24）。

6.根据权利要求1所述的机电一体化通用教学平台，其特征在于：所述步进电机传动模块（3）包括左右两步进模块直线导轨（28）以及通过滚珠丝杠螺母副（27）在该步进模块直线导轨（28）上滑动的气动机械手（30），两步进模块直线导轨（28）外侧设有二工位搬运平台（31），所述步进模块直线导轨（28）一端设有通过联轴器（26）驱动所述滚珠丝杠螺母副（27）的步进电机（25）。

7.根据权利要求6所述的机电一体化通用教学平台，其特征在于：所述滚珠丝杠螺母副（27）的末端设有旋转编码器（29）。

8.根据权利要求1所述的机电一体化通用教学平台，其特征在于：所述伺服电机传动模块（4）包括模块底座（40），该模块底座（40）上设有交流伺服电机（32）以及由该交流伺服电机（32）通过谐波减速器（35）、蜗轮蜗杆传动机构（36）和锥齿轮传动机构（37）带动的凸轮机构（38），所述凸轮机构（38）的一侧设有与之对应的、带伸缩弹簧轴卡（39）的测试支架（34）。

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