CN108891431A - 一种具备多自由度的移动式台车装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于γ或中子射线参考辐射场建设领域，提供一种具备多自由度的移动式台车装置，包括平移机构、横移机构、周向旋转机构和竖直提升机构，所述平移机构由轻轨轨道、齿条、平移机架、平移电机组、滚轮组和平移限位开关组成，所述横移机构由直线导轨组、滚珠丝杆组、横移电机组、横移机架和横移限位开关组成，所述周向旋转机构由旋转机架、旋转电机组、旋转限位开关、旋转从动锥齿轮、旋转驱动锥齿轮和周向轴承组组成，所述竖直提升机构由提升机架、驱动齿轮箱、锥齿轮组、提升丝杆组和设备固定盘组成。本发明移动式台车装置，具有多自由度、定位精度高、兼备远程和就地控制功能、外观整洁大方等特点，同时具备复位、到位和防过冲功能。

Description

一种具备多自由度的移动式台车装置

技术领域

本发明属于γ或中子射线参考辐射场建设领域，具体的说是一种具备多自由度的移动式台车装置。

背景技术

建立γ或中子射线参考辐射场是进行辐射防护研究及应用的前提和基础，主要用于辐射防护剂量仪和剂量率仪的校准、个人剂量计的刻度、确定辐射剂量仪和剂量率仪的能量响应。

由于γ或中子源具有很强的伤害性和穿透性，目前国内仅有个别大型科研机构建立了γ或中子射线参考辐射场。在试验过程中，为了防止操作者被射线照射且保证被检设备的准确定位，都需要借助移动式台车装置来完成被检设备在辐射场中的移动。

近年来，随着核辐射仪表的快速发展，适用于不同环境或不同工况的仪器、仪表被研制出来，但各设备的尺寸、被测敏感区域往往差距较大。因此，在校准或检测过程中，对移动式台车装置提出了新的要求。迫切需要一种具备多自由度、精度高、体积小的移动式台车装置，以保证更大范围的扩展参考辐射场的使用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种精度高、体积小、且具备多自由度的移动式台车装置，以保证更大范围的扩展参考辐射场的使用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种具备多自由度的移动式台车装置，包括平移机构、横移机构、周向旋转机构和竖直提升机构，4个机构均可独立于其他机构运行，保证了各向运动的自主性且同时性。

所述平移机构由轻轨轨道、齿条、平移机架、平移电机组、滚轮组和平移限位开关组成，平移电机组、滚轮组和平移限位开关安装在平移机架的底部，平移电机组上安装有驱动齿轮，驱动齿轮与轻轨轨道上安装的齿条相啮合，滚轮组的底部支撑在轻轨轨道上，平移限位开关与轻轨轨道上安装的碰块相配合，所述横移机构固定在平移机架的顶部，由直线导轨组、滚珠丝杆组、横移电机组、横移机架和横移限位开关组成，横移机架安装在直线导轨组上，横移机架底部与滚珠丝杆组固连，横移电机组上安装有驱动齿轮，驱动齿轮与滚珠丝杆组上安装的从动齿轮相啮合，横移限位开关安装在横移左、右极限位置上，与横移机架上安装的碰块相配合，横移机架的中部设置有复位碰块，与固定于平移机架中部的复位开关相配合，所述周向旋转机构固定在横移机架的顶部，由旋转机架、旋转电机组、旋转限位开关、旋转从动锥齿轮、旋转驱动锥齿轮和周向轴承组组成，旋转驱动锥齿轮固定在旋转电机组上，旋转驱动锥齿轮与旋转机架上安装的旋转从动锥齿轮相啮合，轴交角Σ=90°，周向轴承组的外圈与横移机架固连，内圈与旋转机架固连，旋转限位开关安装在旋转从动锥齿轮的顶部，与横移机架上安装的碰块配合使用，所述竖直提升机构固定在旋转机架的顶部，由提升机架、驱动齿轮箱、锥齿轮组、提升丝杆组和设备固定盘组成，提升支架的内部安装有提升丝杆组，丝杆与设备固定盘固连，丝杆螺母与驱动齿轮箱固连，驱动齿轮箱内安装有提升锥齿轮组，轴交角Σ=90°，其中驱动齿轮与驱动手柄固连，从动齿轮与提升丝杆组固连。

在上述技术方案中，平移机构采用齿轮齿条传动，技术较成熟且精度可控、有保证；驱动电机每转动一圈，齿轮均会带动平移机构运行相同的位移，运行准确且误差在允许范围内。

在上述技术方案中，横移机构采用滑块直线导轨和高强度螺母丝杠进行传动和支撑，具有运动平顺度好、运行精度高、噪音低、四方向均具备高负荷承载能力、高加减速度等特性，保证了横移运动的可靠性、准确性和平稳性。

在上述技术方案中，周向旋转机构采用锥齿轮组（轴交角Σ=90°）进行驱动，驱动电机为水平安装，通过齿轮组的传动转换，可将水平周向旋转转化为竖直周向旋转。该设计既保证了周向旋转运行的可靠性和稳定性，同时驱动电机能从旋转机构的上面进行安装和调整操作，便于日后维护和拆装。

在上述技术方案中，竖直提升机构采用锥齿轮组（轴交角Σ=90°）和螺母丝杆的组合进行驱动，通过水平方向手动旋转驱动手柄即可完成机构的竖直运动，且运行准确、可靠；同时，能根据承载的被测设备的重量，手动调节手柄旋转的速度，进而控制设备升降的速度，保证整体机构运行的平稳。

在上述技术方案中，所述平移机构、横移机构和周向旋转机构上均独立安装有摄像头和刻度标尺，能够远程通过摄像头来观察刻度标尺上的指数，进而确定各机构当前所处的位置。

在上述技术方案中，各机构上均安装有限位开关，通过限位开关和限位碰块的组合，能够实现自动复位、到位和防过冲的功能，且性能稳定。

在上述技术方案中，所述竖直提升机构为手动驱动，仅能进行就地操作，运行稳定；设备固定盘的过渡筒体上丝印有刻度标尺。

在上述技术方案中，所述平移机构、横移机构和周向旋转机构均通过电机驱动，通过PLC系统进行远程或就地控制，操作便捷、运行稳定、随机可停；其中远程控制通过操作台的软件界面执行，就地控制通过固定在平移机架上的就地控制箱执行。

本发明移动式台车装置，具有多自由度、定位精度高、兼备远程和就地控制功能、外观整洁大方等特点，同时具备复位、到位和防过冲功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的其中一个实施例，对本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1、图2为本发明具备多自由度的移动式台车装置的总体结构图。

图3为本发明中竖直提升机构部分的截面图。

图4为本发明具备多自由度的移动式台车装置的控制原理图。

其中：1.轻轨轨道，2.齿条，3.平移机架，4.平移电机组，5.滚轮组，6.平移限位开关，7.旋转电机组，8.横移摄像头，9.横移限位开关，10.滚珠丝杆组，11.横移电机组，12.旋转摄像头，13.就地控制箱，14.设备固定盘，15.提升机架，16.驱动齿轮箱，17.旋转机架，18.横移机架，19.直线导轨组，20.平移摄像头，21.旋转限位开关，22. 旋转从动锥齿轮，23.旋转驱动锥齿轮，24.周向轴承组， 25.提升锥齿轮组，26.提升丝杆组。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的其中一个实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2、3所示，本实施例提供一种具备多自由度的移动式台车装置，主要包括平移机构、横移机构、周向旋转机构和竖直提升机构。

平移机构由轻轨轨道1、齿条2、平移机架3、平移电机组4、滚轮组5和平移限位开关6组成。平移电机组4、滚轮组5和平移限位开关6安装在平移机架3的底部，和平移机架3保持相同运动；平移电机组4上安装有驱动齿轮，能够与轻轨轨道1上安装的齿条2进行啮合，进而通过步进电机来推动平移机构进行前进或后退；滚轮组5的底部支撑在轻轨轨道1上，在平移方向能自由进行滚动，可减小摩擦力，保证了平移机构在水平方向上的顺畅移动；平移限位开关6与轻轨轨道1上安装的碰块配合使用，保证平移方向的复位、到位和防过冲功能的实现。

横移机构固定在平移机架3的顶部，和平移机构保持相同运动，由直线导轨组19、滚珠丝杆组10、横移电机组11、横移机架18和横移限位开关9组成。横移机架18安装在直线导轨组19上，底部与滚珠丝杆组10固连；横移电机组18上安装有驱动齿轮，能够与滚珠丝杆组10上安装的从动齿轮进行啮合，进而通过步进电机来推动横移机构进行左、右移动；平移限位开关9安装在横移左、右极限位置上，与横移机架18上安装的碰块配合使用，保证横移方向的到位和防过冲功能的实现；横移机架18的中部设置有复位碰块，与固定于平移机架3中部的复位开关配合使用，保证横移方向的复位功能的实现。

周向旋转机构固定在横移机架18的顶部，和横移机构保持相同运动，由旋转机架17、旋转电机组7、旋转限位开关21、旋转从动锥齿轮22、旋转驱动锥齿轮23和周向轴承组24组成。旋转驱动锥齿轮23固定在旋转电机组7上，能够与旋转机架17上安装的旋转从动锥齿轮22进行啮合，轴交角Σ=90°，进而通过步进电机来推动旋转机构进行周向旋转；旋转从动锥齿轮22和旋转驱动锥齿轮23组成旋转驱动齿轮组，一大一小的结构能实现旋转扭矩的提升和旋转速率的降低；周向轴承组24的外圈与横移机架18固连，内圈与旋转机架17固连，保证了机构周向旋转的稳定性；旋转限位开关21安装在旋转从动锥齿轮22的顶部，与横移机架18上安装的碰块配合使用，保证旋转方向的复位、到位和防过冲功能的实现。

竖直提升机构固定在旋转机架17的顶部，和周向旋转机构保持相同运动，由提升机架15、驱动齿轮箱16、提升锥齿轮组25、提升丝杆组26和设备固定盘14组成。提升支架15的内部安装有提升丝杆组26，丝杆与设备固定盘14固连，丝杆螺母与驱动齿轮箱16固连，可通过丝杆的运动来实现设备固定盘14的运动；驱动齿轮箱16内安装有提升锥齿轮组25（轴交角Σ=90°），其中驱动齿轮与驱动手柄固连，从动齿轮与提升丝杆组26固定，通过转动驱动手柄，可实现提升丝杆组26的运行，进而实现设备固定盘14的上、下运动。

本实施例中，平移机构、横移机构和轴向旋转机构均通过电机驱动，能通过PLC系统进行远程或就地控制，远程控制是通过操作台的软件界面执行，就地控制则通过固定在平移机架3上的就地控制箱13执行。

本实施例中，平移机构、横移机构和轴向旋转机构上均独立安装有摄像头，分别为：平移摄像头20、横移摄像头8和旋转摄像头12，同时还安装有刻度标尺，能够远程通过摄像头来观察刻度标尺上的指数，进而确定各机构当前所处的位置。

本实施例中，竖直提升机构为手动驱动，设备固定盘14的过渡筒体上丝印有刻度标尺。该设计保证了手动驱动竖直提升机构的过程中，可通过肉眼实时观察竖直提升机构的位置。

如图4所示，为本发明的控制原理图。首先，用户通过操作台的软件界面或就地控制箱发送运行指令；接着，PLC接受指令，并将指令通过脉冲信号发送给各电机驱动器；然后，电机驱动器给步进电机供电，来完成步进电机的运行；运行到位后，限位开关会及时反馈信号给PLC，PLC会间接再给步进电机发送“停”信号，保证设备运行准确到位。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具备多自由度的移动式台车装置，其特征在于：包括平移机构、横移机构、周向旋转机构和竖直提升机构，所述平移机构由轻轨轨道、齿条、平移机架、平移电机组、滚轮组和平移限位开关组成，平移电机组、滚轮组和平移限位开关安装在平移机架的底部，平移电机组上安装有驱动齿轮，驱动齿轮与轻轨轨道上安装的齿条相啮合，滚轮组的底部支撑在轻轨轨道上，平移限位开关与轻轨轨道上安装的碰块相配合，所述横移机构固定在平移机架的顶部，由直线导轨组、滚珠丝杆组、横移电机组、横移机架和横移限位开关组成，横移机架安装在直线导轨组上，横移机架底部与滚珠丝杆组固连，横移电机组上安装有驱动齿轮，驱动齿轮与滚珠丝杆组上安装的从动齿轮相啮合，横移限位开关安装在横移左、右极限位置上，与横移机架上安装的碰块相配合，横移机架的中部设置有复位碰块，与固定于平移机架中部的复位开关相配合，所述周向旋转机构固定在横移机架的顶部，由旋转机架、旋转电机组、旋转限位开关、旋转从动锥齿轮、旋转驱动锥齿轮和周向轴承组组成，旋转驱动锥齿轮固定在旋转电机组上，旋转驱动锥齿轮与旋转机架上安装的旋转从动锥齿轮相啮合，轴交角Σ=90°，周向轴承组的外圈与横移机架固连，内圈与旋转机架固连，旋转限位开关安装在旋转从动锥齿轮的顶部，与横移机架上安装的碰块配合使用，所述竖直提升机构固定在旋转机架的顶部，由提升机架、驱动齿轮箱、锥齿轮组、提升丝杆组和设备固定盘组成，提升支架的内部安装有提升丝杆组，丝杆与设备固定盘固连，丝杆螺母与驱动齿轮箱固连，驱动齿轮箱内安装有提升锥齿轮组，轴交角Σ=90°，其中驱动齿轮与驱动手柄固连，从动齿轮与提升丝杆组固连。

2.根据权利要求1所述的具备多自由度的移动式台车装置，其特征在于：所述平移机构、横移机构和周向旋转机构上均独立安装有摄像头和刻度标尺。

3.根据权利要求1所述的具备多自由度的移动式台车装置，其特征在于：所述竖直提升机构为手动驱动，设备固定盘的过渡筒体上丝印有刻度标尺。

4.根据权利要求1所述的具备多自由度的移动式台车装置，其特征在于：所述平移机构、横移机构和周向旋转机构均通过电机驱动，通过PLC系统进行远程或就地控制，远程控制通过操作台的软件界面执行，就地控制通过固定在平移机架上的就地控制箱执行。