CN108122470A - 一种机械教学综合测控实验平台 - Google Patents

一种机械教学综合测控实验平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机械教学综合测控实验平台，属于教学实验设备及机械装置测试技术领域。该实验平台包括驱动装置、传动装置、检测装置、辅助装置和模拟软件系统；检测装置采集到的信号输入至模拟软件系统中，模拟软件系统通过显示屏记录该实验平台参数。实验结果通过模拟软件系统记录，通过直观、可视化以及综合比较的形式进行高效的教学模拟实验。该实验平台采用可自主拼接的模块化结构，并且由不同种类的电机、机械传动装置、加载装置、传感器和工控机等模块组成，实验者可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行控制实验、原理验证性实验、综合性实验或创新性实验。

Description

一种机械教学综合测控实验平台
技术领域
本发明公开了一种机械教学综合测控实验平台，属于教学实验设备及机械装置测试技术领域。
背景技术
在现代工科机械实验教学中，为了满足现代机械创新教学/科研实验要求并培养具备创新性素质能力的学生，研发一款虚拟仿真与实践相结合的综合测控实验平台，同时集成当前先进控制、传感技术以传动装置为主要实验对象的综合测控平台是非常有必要的。
针对高等院校《机械设计》、《机械原理》、《机电一体化技术》、《测试技术》、《控制技术》、《传感技术》、《机器人技术》等课程开发的一套智能型多功能创新实验、实践平台，虚拟仿真与实物的完美结合使得平台能拼装实现不同运动的复杂机电系统、能在较好满足各类/型齿轮、带、链的性能测试与实验教学需求的同时，更直观理解和掌握各种机械传动的原理和特点、掌握各类典型电机控制技术、使学生掌握机电系统常用传感器的使用方法和测试原理、了解虚拟仿真技术在复杂机电系统中的应用。平台对培养学生的创新设计能力、实践能力、科学研究能力等方面具有重要作用，是工科类专业学生培养必不可少的教学实验设备。
发明内容
本发明的目的在于设计了一种机械教学综合测控实验平台，该实验平台采用可自主拼接的模块化结构，并且由不同种类的电机、机械传动装置、加载装置、传感器和工控机等模块组成，实验者可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行控制实验、原理验证性实验、综合性实验或创新性实验。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种机械教学综合测控实验平台，该实验平台包括驱动装置、传动装置、检测装置、辅助装置和模拟软件系统；
驱动装置包括驱动电机1和伺服电机27；
传动装置包括联轴器a2、联轴器b4、联轴器c6、联轴器d10、轴承座b13、联轴器e14、联轴器f16、联轴器g18、轴承座c19、小带轮20、皮带21、大带轮22、轴承座d23、联轴器h24和联轴器i28。
检测装置包括转矩、转速传感器a3、内部安装温度、噪音传感器9、加速度、回程误差传感器12、转矩、转速传感器b15和转矩、转速传感器c25。
辅助装置包括轴承座a5、万能减速器安装台7、四爪卡盘11、磁粉加载器17、精密丝杠螺母副26、负载电机29、直线滑轨30、负载灯泡31和工作台32；
待测减速器8安装在万能减速器安装台7上，驱动电机1的输出主轴通过联轴器a2和联轴器b4连接，联轴器a2和联轴器b4之间设有转矩、转速传感器a3，联轴器b4与联轴器c6连接，联轴器b4与联轴器c6的连接处设有轴承座a5，联轴器c6与待测减速器8的输入端连接。
待测减速器8的内部设有内部安装温度、噪音传感器9。待测减速器8的输出端通过联轴器d10与四爪卡盘11连接，联轴器d10通过轴承座b13与联轴器e14连接，加速度、回程误差传感器12设置在四爪卡盘11上；联轴器e14和联轴器f16相连接，转矩、转速传感器b15设置在联轴器e14和联轴器f16之间的连接处；联轴器f16 和联轴器g18连接，联轴器f16和联轴器g18之间设有磁粉加载器17，联轴器g18通过轴承座c19与小带轮20连接；小带轮20与大带轮 22通过皮带21连接；大带轮22的中心转轴通过轴承座d23与联轴器h24连接；联轴器h24与联轴器i28连接，精密丝杠螺母副26设置在联轴器h24与联轴器i28之间，精密丝杠螺母副26由伺服电机 27驱动，精密丝杠螺母副26用以驱动安装有联轴器i28、负载电机 29、联轴器h24、轴承座d23的底座；小带轮20、大带轮22和皮带 21连接组成皮带传动机构。
转矩、转速传感器c25设置在联轴器h24上；联轴器i28与负载电机29连接；负载电机29通过直线滑轨30与工作台32连接，工作台32上设有负载灯泡31。
小带轮20、皮带21和大带轮22连接后组成皮带传动模块。
小带轮20能够用小链轮替换，皮带21能够用链条替换，大带轮 22能够用大链轮替换；小链轮、链条和大链轮连接后组成链传动模块。
检测装置采集到的信号输入至模拟软件系统中，模拟软件系统通过显示屏记录该实验平台参数。
待测减速器8的输出轴为十字形或者一字形。
当待测减速器8的输出轴采用一字形时，不需要四爪卡盘11调节位置。
通过改变链传动模块中链轮的大小及链条的中心距，或者改变链条的种类；或者，改变皮带传动模块中带轮的大小及皮带的中心距，或者改变皮带的种类，以满足不同传动形式测试需要。
测试平台33与实时监控系统34连接，实时监控系统34通过数据处理客服端36将测试平台33采集模拟的数据传输至云计算数据处理中心35，实时监控系统34与指纹录入系统37连接。
测试平台33具备指纹登录、人脸识别及工程训练实时监控等功能，所有测试平台33的实验数据及实验现场情况均通过网络传输入云计算数据处理中心35，可供教育机构或教师实时掌握学生的实验成绩及实时情况。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。
本发明设计的“智能创新机械综合测控实验平台”采用可自主拼接的模块化结构，由不同种类的电机、机械传动装置、加载装置、传感器和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行控制实验、原理验证性实验、综合性实验或创新性实验。
实验结果通过模拟软件系统记录，通过直观、可视化以及综合比较的形式进行高效的教学模拟实验。
附图说明
图1为机械教学综合测控实验平台结构示意图。
图2为本发明的云计算数据处理连接示意图。
图中：1-驱动电机，2-联轴器a，3-转矩、转速传感器a，4-联轴器b，5-轴承座a，6-联轴器c，7-万能减速器安装台，8-待测减速器， 9-内部安装温度、噪音传感器，10-联轴器d，11-四爪卡盘，12-加速度、回程误差传感器，13-轴承座b，14-联轴器e，15-转矩、转速传感器b，16-联轴器f，17-磁粉加载器，18-联轴器g，19-轴承座c，20- 小带轮，21-皮带，22-大带轮，23-轴承座d，24-联轴器h，25-转矩、转速传感器c，26-精密丝杠螺母副，27-伺服电机，28-联轴器i，29- 负载电机，30-直线滑轨，31-负载灯泡，32-工作台，33-测试平台， 34-实时监控系统，35-云计算数据处理中心，36-数据处理客服端，37- 指纹录入系统。
具体实施方式
如图1所示，一种机械教学综合测控实验平台，根据专业特点和实验教学改革需要，主要适用对象为：
表1
实验台构成：
驱动装置：根据需要配备了直流电机、交流电机、伺服电机、步进电机、直驱电机；
传动装置：提供20余种齿轮传动、带传动、链传动；
检测装置：转矩转速传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器、噪音传感器、加速度传感器、指纹传感器、接近传感器、语音传感器、光学传感器；
辅助装置：扭矩加载器、联轴器、负载装置；
软件：虚拟仿真组合软件1套、测控分析软件1套。
实验内容：
机电测控系统的拼接
根据实验要求可完成各组驱动装置、传动装置、传感器、负载装置的搭接工作，使学生建立起清晰的机械装配、安装调整及同轴度、平行度等形位公差的概念，增强学生对机械设计、机械原理课程的理解。
传感装置的使用
根据实验内容，检查测试传感器是否放在正确的位置，传感器工作是否正常，更改其中错误的放置方法和位置。获得对分析、评判处理机械加工误差、装配误差等系统综合误差对机电系统性能影响的实际能力。获得对各种传感器测试方法及原理的认知。
电机控制
完成各电机的接线工作，及空转试验。使学生能区分常见几种电机使用方法和控制原理，实现语音控制电机的功能。
该实验平台包括驱动装置、传动装置、检测装置、辅助装置和模拟软件系统；
驱动装置包括驱动电机1和伺服电机27；
传动装置包括联轴器a2、联轴器b4、联轴器c6、联轴器d10、轴承座b13、联轴器e14、联轴器f16、联轴器g18、轴承座c19、小带轮20、皮带21、大带轮22、轴承座d23、联轴器h24和联轴器i28。
检测装置包括转矩、转速传感器a3、内部安装温度、噪音传感器9、加速度、回程误差传感器12、转矩、转速传感器b15和转矩、转速传感器c25。
辅助装置包括轴承座a5、万能减速器安装台7、四爪卡盘11、磁粉加载器17、精密丝杠螺母副26、负载电机29、直线滑轨30、负载灯泡31和工作台32；
待测减速器8安装在万能减速器安装台7上，驱动电机1的输出主轴通过联轴器a2和联轴器b4连接，联轴器a2和联轴器b4之间设有转矩、转速传感器a3，联轴器b4与联轴器c6连接，联轴器b4与联轴器c6的连接处设有轴承座a5，联轴器c6与待测减速器8的输入端连接。
待测减速器8的内部设有内部安装温度、噪音传感器9。待测减速器8的输出端通过联轴器d10与四爪卡盘11连接，联轴器d10通过轴承座b13与联轴器e14连接，加速度、回程误差传感器12设置在四爪卡盘11上；联轴器e14和联轴器f16相连接，转矩、转速传感器b15设置在联轴器e14和联轴器f16之间的连接处；联轴器f16 和联轴器g18连接，联轴器f16和联轴器g18之间设有磁粉加载器17，联轴器g18通过轴承座c19与小带轮20连接；小带轮20与大带轮 22通过皮带21连接；大带轮22的中心转轴通过轴承座d23与联轴器h24连接；联轴器h24与联轴器i28连接，精密丝杠螺母副26设置在联轴器h24与联轴器i28之间，精密丝杠螺母副26由伺服电机 27驱动，精密丝杠螺母副26用以驱动安装有联轴器i28、负载电机 29、联轴器h24、轴承座d23的底座；小带轮20、大带轮22和皮带 21连接组成皮带传动机构。
转矩、转速传感器c25设置在联轴器h24上；联轴器i28与负载电机29连接；负载电机29通过直线滑轨30与工作台32连接，工作台32上设有负载灯泡31。
小带轮20、皮带21和大带轮22连接后组成皮带传动模块。
小带轮20能够用小链轮替换，皮带21能够用链条替换，大带轮 22能够用大链轮替换；小链轮、链条和大链轮连接后组成链传动模块。
检测装置采集到的信号输入至模拟软件系统中，模拟软件系统通过显示屏记录显示该实验平台参数。
待测减速器8的输出轴为十字形或者一字形。
当待测减速器8的输出轴采用一字形时，不需要四爪卡盘11调节位置。
通过改变链传动模块中链轮的大小及链条的中心距，或者改变链条的种类；或者，改变皮带传动模块中带轮的大小及皮带的中心距，或者改变皮带的种类，以满足不同传动形式测试需要。
测试平台33与实时监控系统34连接，实时监控系统34通过数据处理客服端36将测试平台33采集模拟的数据传输至云计算数据处理中心35，实时监控系统34与指纹录入系统37连接。
测试平台33具备指纹登录、人脸识别及工程训练实时监控等功能，所有测试平台33的实验数据及实验现场情况均通过网络传输入云计算数据处理中心35，可供教育机构或教师实时掌握学生的实验成绩及实时情况。
本发明设计的“智能创新机械综合测控实验平台”采用可自主拼接的模块化结构，由不同种类的电机、机械传动装置、加载装置、传感器和工控机等模块组成，学生可以根据选择或设计的实验类型、方案和内容，自己动手进行传动连接、安装调试和测试，进行控制实验、原理验证性实验、综合性实验或创新性实验。
实验结果通过模拟软件系统记录，通过直观、可视化以及综合比较的形式进行高效的教学模拟实验。

Claims (6)

1.一种机械教学综合测控实验平台，其特征在于：该实验平台包括驱动装置、传动装置、检测装置、辅助装置和模拟软件系统；
驱动装置包括驱动电机(1)和伺服电机(27)；
传动装置包括联轴器a(2)、转矩联轴器b(4)、联轴器c(6)、联轴器d(10)、轴承座b(13)、联轴器e(14)、联轴器f(16)、联轴器g(18)、轴承座c(19)、小带轮(20)、皮带(21)、大带轮(22)、轴承座d(23)、联轴器h(24)和联轴器i(28)；
检测装置包括转矩、转速传感器a(3)、内部安装温度、噪音传感器(9)、加速度、回程误差传感器(12)、转矩、转速传感器b(15)和转矩、转速传感器c(25)；
辅助装置包括轴承座a(5)、万能减速器安装台(7)、四爪卡盘(11)、磁粉加载器(17)、精密丝杠螺母副(26)、负载电机(29)、直线滑轨(30)、负载灯泡(31)和工作台(32)；
待测减速器(8)安装在万能减速器安装台(7)上，驱动电机(1)的输出主轴通过联轴器a(2)和联轴器b(4)连接，联轴器a(2)和联轴器b(4)之间设有转矩、转速传感器a(3)，联轴器b(4)与联轴器c(6)连接，联轴器b(4)与联轴器c(6)的连接处设有轴承座a(5)，联轴器c(6)与待测减速器(8)的输入端连接；
待测减速器(8)的内部设有内部安装温度、噪音传感器(9)；待测减速器(8)的输出端通过联轴器d(10)与四爪卡盘(11)连接，联轴器d(10)通过轴承座b(13)与联轴器e(14)连接，加速度、回程误差传感器(12)设置在四爪卡盘(11)上；联轴器e(14)和联轴器f(16)相连接，转矩、转速传感器b(15)设置在联轴器e(14)和联轴器f(16)之间的连接处；联轴器f(16)和联轴器g(18)连接，联轴器f(16)和联轴器g(18)之间设有磁粉加载器(17)，联轴器g(18)通过轴承座c(19)与小带轮(20)连接；小带轮(20)与大带轮(22)通过皮带(21)连接；大带轮(22)的中心转轴通过轴承座d(23)与联轴器h(24)连接；联轴器h(24)与联轴器i(28)连接，精密丝杠螺母副(26)设置在联轴器h(24)与联轴器i(28)之间，精密丝杠螺母副(26)由伺服电机(27)驱动，精密丝杠螺母副(26)用以驱动安装有联轴器i(28)、负载电机(29)、联轴器h(24)、轴承座d(23)的底座；小带轮(20)、大带轮(22)和皮带(21)连接组成皮带传动机构；
转矩、转速传感器c(25)设置在联轴器h(24)上；联轴器i(28)与负载电机(29)连接；负载电机(29)通过直线滑轨(30)与工作台(32)连接，工作台(32)上设有负载灯泡(31)；
小带轮(20)、皮带(21)和大带轮(22)连接后组成皮带传动模块；
小带轮(20)能够用小链轮替换，皮带(21)能够用链条替换，大带轮(22)能够用大链轮替换；小链轮、链条和大链轮连接后组成链传动模块；
检测装置采集到的信号输入至模拟软件系统中，模拟软件系统通过显示屏记录显示该实验平台参数。
2.根据权利要求1所述的一种机械教学综合测控实验平台，其特征在于：待测减速器(8)的输出轴为十字形或者一字形。
3.根据权利要求2所述的一种机械教学综合测控实验平台，其特征在于：当待测减速器(8)的输出轴采用一字形时，不需要四爪卡盘(11)调节位置。
4.根据权利要求1所述的一种机械教学综合测控实验平台，其特征在于：通过改变链传动模块中链轮的大小及链条的中心距，或者改变链条的种类；或者，改变皮带传动模块中带轮的大小及皮带的中心距，或者改变皮带的种类，以满足不同传动形式测试需要。
5.根据权利要求1所述的一种机械教学综合测控实验平台，其特征在于：测试平台(33)与实时监控系统(34)连接，实时监控系统(34)通过数据处理客服端(36)将测试平台(33)采集模拟的数据传输至云计算数据处理中心(35)，实时监控系统(34)与指纹录入系统(37)连接。
6.根据权利要求5所述的一种机械教学综合测控实验平台，其特征在于：测试平台(33)具备指纹登录、人脸识别及工程训练实时监控等功能，所有测试平台(33)的实验数据及实验现场情况均通过网络传输入云计算数据处理中心(35)，供教育机构或教师实时掌握学生的实验成绩及实时情况。
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