CN108608423A - 一种智能化水平旋转控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能化水平旋转控制系统，包括机械臂底座、主动步带轮、从动步带轮、伺服电机和转动底座，主动步带轮设置在机械臂底座的第一端；从动步带轮设置在机械臂底座的第二端，从动步带轮与主动步带轮通过同步带传动连接；伺服电机的驱动端与所述主动步带轮固定连接，伺服电机与主动步带轮同步转动；转动底座固定安装在从动步带轮，与从动步带轮同步转动，转动底座用于与外部功能部件相连接而与所述外部功能部件同步旋转。其结构简单，稳定性好，成本低，该系统与现有通用相关设备相比速度快，位置控制准确，智能化程度高，即使在高速作业中，也不会因为碰撞而对人员和设备造成伤害。
Description
技术领域
本发明涉及高精密度工业自动化技术领域，尤其涉及一种智能化水平旋转控制系统。
背景技术
随着科技的发展与进步，机器人技术被广泛应用于现代制造产业中，多数是通过机械手臂装置进行物料移动或物料加工等步骤。
但是，现有的机器人结构中的转动结构功能单元，控制精度低，移动速度较慢。而且绝大多数机械手臂装置无法完成高精度、长时间高稳定性的连续作业，同时在人机协作的开放环境中运作时容易产生操作危险，造成人员和设备的伤害。尤其在轻型电子产品3C行业制造过程中的产品搬运作业、开放式测试(机械手的安全特性使得工程师能够现场实时调整测试作业)、生化实验室的自动化作业、理化分析设备的自动化上下料、小型化产品或零部件的货架式作业(如抽屉式测试、货架码放)、各种小型零部件的搬运、AGV搭载等等需要人机协同合作完成相应工业操作的应用领域，传统机器人无法胜任其工作。
发明内容
鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种智能化水平旋转控制系统，其结构简单，定位精度高，移动速度快，稳定性好，成本低，该系统与现有通用相关设备相比智能化程度高，即使在高速作业中，也不会因为碰撞而对人员和设备造成伤害。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种智能化水平旋转控制系统，包括：
机械臂底座；
主动步带轮，所述主动步带轮设置在所述机械臂底座的第一端；
从动步带轮，所述从动步带轮设置在所述机械臂底座的第二端，所述从动步带轮与所述主动步带轮通过同步带传动连接；
伺服电机，所述伺服电机的驱动端与所述主动步带轮固定连接，所述伺服电机与所述主动步带轮同步转动；
转动底座，所述转动底座固定安装在所述从动步带轮，与所述从动步带轮同步转动，所述转动底座用于与外部功能部件相连接而与所述外部功能部件同步旋转。
优选地，所述智能化水平旋转控制系统还包括伺服驱动器和主控机，所述伺服驱动器用于根据所述主控机的控制信号向所述伺服电机发出对应的驱动信号，从而实现对所述伺服电机的运动状态进行精密控制。
优选地，所述伺服驱动器包括控制电路板和放大电路板，所述控制电路板与所述放大电路板电连接，所述控制电路板还与所述主控机电连接，所述放大电路板与所述伺服电机电连接。
优选地，所述智能化水平旋转控制系统还包括电路板支架，所述电路板支架设置在所述机械臂底座，所述电路板支架用于固定所述控制电路板和放大电路板，并使所述控制电路板和放大电路板均与机械运动部件隔离安装。
优选地，所述智能化水平旋转控制系统还包括上盖板和下盖板，所述机械臂底座呈盒状，所述上盖板盖设在所述机械臂底座的上侧，所述上盖板用于保护所述控制电路板和放大电路板，并起到密封防尘的作用；所述下盖板盖设在所述机械臂底座的下侧，所述下盖板用于保护所述伺服电机和主动同步轮，并起到密封防尘的作用。
优选地，所述智能化水平旋转控制系统还包括通过调整自身的位置来调节同步带松紧程度的张力调整件，所述张力调整件设置在所述机械臂底座，所述张力调整件的数量为两个，分布在所述同步带的两侧。
优选地，所述主动步带轮与所述从动步带轮的齿数不同。
优选地，所述转动底座的轮廓呈环状，所述转动底座与所述从动步带轮同心设置。
本发明的有益效果是：
本发明的智能化水平旋转控制系统，其结构简单，定位精度高，稳定性好，成本低，通过同步带将转动量传递给从动轮从而控制与从动轮相连接的转动底座完成转动运动，可实现长时间稳定的连续工作，其中可以通过调整主从步带轮的传动比以及伺服电机功率来实现不同载荷和转动速度的调整。主控机搭载有高智能化的控制软件，通过对复杂变量的分析形成有效的控制指令，在专用伺服驱动器的驱动下可以控制伺服电机的转速、加速度、位置、刹车等运动信息，完成转动底座旋转运动的高速智能化控制。该系统与现有通用相关设备相比传输速度快，位置控制精确，即使在高速作业时，也不会因发生碰撞而造成人员和设备的损伤，智能化程度高，可适用于一般精度的快速智能化机器人产品，可以完美插入到现有人工产线中去，实现开放环境下的人机协作，主要应用在消费类电子、通信电子产品等领域内的智能化产线改造。
附图说明
图1为本发明一实施例的智能化水平旋转控制系统的分解示意图；
附图标记说明：
1上盖板；2控制电路板；3电路板支架；4张力调整件；5从动步带轮；
6同步带；7机械臂底座；8转动底座；9下盖板；10主动步带轮；
11主控机；12伺服电机；13放大电路板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的智能化水平旋转控制系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明一实施例的智能化水平旋转控制系统包括机械臂底座7、主动步带轮10、从动步带轮5、伺服电机12和转动底座8。
主动步带轮10设置在机械臂底座7的第一端(图1中左端)，而从动步带轮5设置在机械臂底座7的第二端(图1中右端)，从动步带轮5与主动步带轮10通过同步带6传动连接。从动步带轮5可通过轴承或轴套安装在机械臂底座7上，转动底座8安装在从动步带轮5上。
伺服电机12的驱动端与主动步带轮10固定连接，伺服电机12与主动步带轮10同步转动，伺服电机12作为该转动系统的旋转动力来源。转动底座8固定安装在从动步带轮5，转动底座8与从动步带轮5同步转动，转动底座8用于与外部功能部件相连接而与所述外部功能部件同步旋转。较佳地，转动底座8的轮廓呈环状，转动底座8与从动步带轮5同心设置。转动底座8可采用法兰固定连接在动步带轮5上。
本实施例中，主动步带轮10与从动步带轮5的齿数不同。主动步带轮10与从动步带轮5均为同步带轮，主动步带轮10在伺服电机12的带动下，通过同步带6(步进带)将转动量传递给从动步带轮5，并与从动步带轮5配合完成传动比的调节，从动步带轮5带动转动底座8完成旋转动作。同步带6匹配主动步带轮10和从动步带轮轮5实现转动量的传递，保证转动负载的稳定性。
较佳地，智能化水平旋转控制系统还包括通过调整自身的位置来调节同步带6松紧程度的张力调整件4，张力调整件4设置在机械臂底座7，张力调整件4的数量为两个，分布在同步带6的两侧。张力调整件4通过调整自身的位置来有效调节步进带的松紧程度。
作为一种可优选方式，智能化水平旋转控制系统还包括伺服驱动器和主控机11，伺服驱动器用于根据主控机11的控制信号向伺服电机12发出对应的驱动信号，从而实现对伺服电机12的运动状态进行精密控制。与伺服电机12相匹配的伺服驱动器，通过接受主控机11(控制器)的控制信号向伺服电机12发出对应的驱动信号。主控机11安装有智能化运动控制软件，通过对输入变量的分析形成不同的控制命令，控制伺服驱动器发出不同的控制驱动信号，从而实现对伺服电机运动状态的智能化控制。
较佳地，伺服驱动器包括控制电路板2和放大电路板13；其中，控制电路板2与放大电路板13电连接，控制电路板2还与主控机11电连接，放大电路板13与伺服电机12电连接。放大电路板13用于对控制电路板2所发出的驱动信号进行放大后而传输给伺服电机，从而能更好地实现对所述伺服电机的运动状态进行精密控制。
作为一种可优选方式，在机械臂底座7上还设置有电路板支架3，电路板支架3用于固定控制电路板2和放大电路板13，并使控制电路板2和放大电路板13均与机械运动部件隔离安装。
作为另一种可优选方式，智能化水平旋转控制系统还包括上盖板1和下盖板9，机械臂底座7呈盒状，上盖板1盖设在机械臂底座7的上侧，上盖板1用于保护控制电路板2和放大电路板13，并起到密封防尘的作用；下盖板9盖设在机械臂底座7的下侧，下盖板9用于保护伺服电机12和主动同步轮10等内部结构，并起到密封防尘的作用。机械臂底座7容纳和安装所有部件，并提供外部保护。
本实施例中，机械臂底座7包括上端开口的第一盒体和下端开口的第二盒体，从动步带轮5置于第一盒体，控制电路板2和放大电路板13也置于第一盒体，主动步带轮10置于第二盒体，图1中第一盒体置于第二盒体的右侧。第一盒体的第一端(图1中左端)连接第二盒体的第一端(图1中右端)，第一盒体的第二端(图1中右端)的外端壁和第二盒体的第二端(图1中左端)的外端壁均呈圆弧状，第一盒体和第二盒体相连通，同步带6能够从第一盒体和第二盒体相连通的地方穿过。第二盒体的顶部设置有用于安装伺服电机的凹陷部，所述凹陷部上开设有用于贯穿伺服电机12的输出轴的第一通孔。第一盒体的底壁处设置有第二通孔，转动底座8置于所述第二通孔处。上盖板1盖设在第一盒体上，下盖板9盖设在第二盒体上。机械臂底座7采用以上方式，可以有效节省空间，便于实现模块设计，方便装配，密封性好，稳定性更好，进一步保证长时间稳定的连续工作。
以上实施例的智能化水平旋转控制系统，整体设计结构主要由以下几个部分组成：驱动控制部分、运动传动部分、机械臂密封箱、张力调整件等；其中驱动控制部分包括主控机、伺服驱动器，其中的伺服驱动器由控制电路板和放大电路板组成；运动传动部分包括伺服电机、主动步带轮、同步带、从动步带轮；机械臂密封箱包括机械臂底座、上、下盖板以及电路板支架。
实际运作时，由主控机向伺服驱动器发出控制指令，再由伺服驱动器发出驱动信号驱动伺服电机转动，伺服电机带动主动步带轮转动并通过步进带将转动量传递给从动步带轮，从而实现与从动步带轮相连接的转动底座完成转动运动，最终实现与转动底座相连接的外部功能部件的转动运动。
其中，机械臂底座用来安装和容纳所有的运动和控制部件，上、下盖板起到保护内部结构和密封防尘的作用，电路板支架用来固定驱动器的控制电路板和放大电路板；张力调整件可以调整一级同步带的松紧程度，从而保证力矩传递的稳定性和可靠性。
以上各实施例的智能化水平旋转控制系统，其结构简单，定位精度高，稳定性好，成本低，通过同步带将转动量传递给从动轮从而控制与从动轮相连接的转动底座完成转动运动，可实现长时间稳定的连续工作，其中可以通过调整主从步带轮的传动比以及伺服电机功率来实现不同载荷和转动速度的调整。主控机搭载有高智能化的控制软件，通过对复杂变量的分析形成有效的控制指令，在专用伺服驱动器的驱动下可以控制伺服电机的转速、加速度、位置、刹车等运动信息，完成转动底座旋转运动的高速智能化控制。
该系统与现有通用相关设备相比传输速度快，位置控制精确，即使在高速作业时，也不会因发生碰撞而造成人员和设备的损伤，智能化程度高，可适用于一般精度的快速智能化机器人产品，可以完美插入到现有人工产线中去，实现开放环境下的人机协作，主要应用在消费类电子、通信电子产品等领域内的智能化产线改造。
需要说明的是，在不冲突的情况下，以上各实施例及实施例中的特征可以相互组合。
虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
Claims (8)
1.一种智能化水平旋转控制系统，其特征在于，包括：
机械臂底座(7)；
主动步带轮(10)，所述主动步带轮(10)设置在所述机械臂底座(7)的第一端；
从动步带轮(5)，所述从动步带轮(5)设置在所述机械臂底座(7)的第二端，所述从动步带轮(5)与所述主动步带轮(10)通过同步带(6)传动连接；
伺服电机(12)，所述伺服电机(12)的驱动端与所述主动步带轮(10)固定连接，所述伺服电机(12)与所述主动步带轮(10)同步转动；
转动底座(8)，所述转动底座(8)固定安装在所述从动步带轮(5)，与所述从动步带轮(5)同步转动，所述转动底座(8)用于与外部功能部件相连接而与所述外部功能部件同步旋转。
2.根据权利要求1所述的智能化水平旋转控制系统，其特征在于，还包括伺服驱动器和主控机(11)，所述伺服驱动器用于根据所述主控机(11)的控制信号向所述伺服电机(12)发出对应的驱动信号，从而实现对所述伺服电机(12)的运动状态进行精密控制。
3.根据权利要求2所述的智能化水平旋转控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器包括控制电路板(2)和放大电路板(13)，所述控制电路板(2)与所述放大电路板(13)电连接，所述控制电路板(2)还与所述主控机(11)电连接，所述放大电路板(13)与所述伺服电机(12)电连接。
4.根据权利要求3所述的智能化水平旋转控制系统，其特征在于，还包括电路板支架(3)，所述电路板支架(3)设置在所述机械臂底座(7)，所述电路板支架(3)用于固定所述控制电路板(2)和放大电路板(13)，并使所述控制电路板(2)和放大电路板(13)均与机械运动部件隔离安装。
5.根据权利要求3所述的智能化水平旋转控制系统，其特征在于，还包括上盖板(1)和下盖板(9)，所述机械臂底座(7)呈盒状，所述上盖板(1)盖设在所述机械臂底座(7)的上侧，所述上盖板(1)用于保护所述控制电路板(2)和放大电路板(13)，并起到密封防尘的作用；所述下盖板(9)盖设在所述机械臂底座(7)的下侧，所述下盖板(9)用于保护所述伺服电机(12)和主动同步轮(10)，并起到密封防尘的作用。
6.根据权利要求1-5任一项所述的智能化水平旋转控制系统，其特征在于，还包括通过调整自身的位置来调节同步带(6)松紧程度的张力调整件(4)，所述张力调整件(4)设置在所述机械臂底座(7)，所述张力调整件(4)的数量为两个，分布在所述同步带(6)的两侧。
7.根据权利要求1-5任一项所述的智能化水平旋转控制系统，其特征在于，所述主动步带轮(10)与所述从动步带轮(5)的齿数不同。
8.根据权利要求1-5任一项所述的智能化水平旋转控制系统，其特征在于所述转动底座(8)的轮廓呈环状，所述转动底座(8)与所述从动步带轮(5)同心设置。
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