CN109256895A - 一种可紧急制动的直线运动装置 - Google Patents

一种可紧急制动的直线运动装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109256895A
CN109256895A CN201811273249.4A CN201811273249A CN109256895A CN 109256895 A CN109256895 A CN 109256895A CN 201811273249 A CN201811273249 A CN 201811273249A CN 109256895 A CN109256895 A CN 109256895A
Authority
CN
China
Prior art keywords
load
emergency braking
bracket
linear motion
motion device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811273249.4A
Other languages
English (en)
Inventor
邓体建
兰涛
刘万东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology of China USTC
Original Assignee
University of Science and Technology of China USTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology of China USTC filed Critical University of Science and Technology of China USTC
Priority to CN201811273249.4A priority Critical patent/CN109256895A/zh
Publication of CN109256895A publication Critical patent/CN109256895A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/102Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction brakes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种可紧急制动的直线运动装置,属于机械传动技术领域,包括:支架、伺服电机和同步带型传送机构,同步带型传送机构和伺服电机均安装在支架上,伺服电机用于驱动同步带型传送机构运动,支架上底座侧壁设有磁栅尺,还包括第一负载和第二负载,第一负载和第二负载之间通过弹性结构连接,第二负载与支架底座为滑动连接,第二负载前进路径上设有紧急制动件,同步带型传送机构与第一负载连接带动第一负载运动以产生作用力至第二负载,实现第二负载和紧急制动件碰撞制动。本发明利用弹性件压缩量产生的动力推动第二负载在支架底座上向前高速滑动,依靠第二负载与紧急制动件的硬碰撞实现迅速制动。

Description

一种可紧急制动的直线运动装置
技术领域
本发明涉及机械传动技术领域,特别涉及一种可紧急制动的直线运动装置。
背景技术
直线运动机构是使构件上某点做准确或近似直线运动的机构,工业上普遍运用伺服电机带动滚珠丝杠型或者同步带型直线模组单元传输滑块上的负载使其精确运动。通过改变伺服电机的运动模式,负载可以实现加速、匀速、减速甚至是复杂的不规则运动,例如THOMSON的直线模组FESTO的电缸都可以实现。
但是,在某些特殊应用场景下,例如,负载需要伺服电机在扭矩模式下持续被加速实现高速运动(速度大于4m/s)后紧急制动(制动位移和时间分别是毫米和毫秒量级)的情况,上述两种系统却很难实现。而且,由于加速度大小受限,负载从开始减速到停止需要花费很长的时间和位移。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可紧急制动的直线运动装置,以实现高速直线运动中负载的迅速制动。
为实现以上目的,本发明采用一种可紧急制动的直线运动装置,包括:支架、伺服电机和同步带型传送机构,同步带型传送机构和伺服电机均安装在支架上,伺服电机用于驱动同步带型传送机构运动,支架上底座侧壁设有磁栅尺,还包括第一负载和第二负载,第一负载和第二负载之间通过弹性结构连接,第二负载与支架底座为滑动连接,第二负载前进路径上设有紧急制动件,同步带型传送机构与第一负载连接带动第一负载运动以产生作用力至第二负载,实现第二负载和紧急制动件碰撞制动。
进一步地,所述弹性结构为弹簧。
进一步地,所述弹性结构包括弹簧和弹簧内杆,弹簧内杆一端与第二负载内侧面固定连接、另一端与第一负载本体活动连接,所述弹簧内杆周身套设弹簧。
进一步地,所述第一负载和第二负载之间设置至少一个弹性结构,且在第一负载本体和第二负载本体之间均匀布置。
进一步地,所述第一负载本体上开设有安装孔以供所述弹簧内杆另一端穿过,所述弹簧内杆另一端设有直径大于安装孔孔径的端盖板。
进一步地,所述紧急制动件包括至少一个制动柱,该制动柱一端安装在所述支架侧壁上,制动柱柱身方向与第二负载的外侧面垂直。
进一步地,还包括配重块,所述伺服电机安装在所述支架一侧,所述配重块安装在所述支架相对另一侧。
进一步地,所述第一负载采用航空铝材料制备。
进一步地,所述第二负载采用不锈钢材料制备。
与现有技术相比,本发明存在以下技术效果:本发明通过在支架底座上设置第一负载和第二负载,第一负载和支架上设置的同步带型传送机构连接,第二负载和第一负载之间为弹性连接,第二负载滑动安装在支架底座上。其工作过程为:利用伺服电机驱动同步带型传送机构进行运动从而带动第一负载高速运动,第一负载和第二负载之间的弹簧被压缩,利用压缩量产生的弹性势能推动第二负载在支架底座上向前高速滑动,在第二负载滑动至与紧急制动件碰撞时,依靠硬碰撞实现第二负载的迅速制动,同时弹性结构为伺服电机、同步带型传送机构和第一负载提供缓冲,使其免于损坏。
附图说明
下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细描述:
图1是可紧急制动的直线运动装置的立体结构示意图;
图2是可紧急制动的直线运动装置的另一立体结构示意图;
图3是驱动伺服电机运动的时序信号图;
图4是第一负载、第二负载的位移以及弹簧长度在向前运动过程中随时间演化的示意图;
图5是第二负载的制动位移随时间演化的示意图;
图6是第二负载制动速度随时间演化的示意图;
图7是第一负载制动位移随时间演化的示意图
图8是第一负载制动速度随时间演化的示意图。
图中:
10-支架;20-伺服电机;30-同步带型传送机构;40-第一负载;50-第二负载;60-弹性结构;70-制动柱;80-配重块;11-读磁头;12-磁尺;13-滑轨;14-滑轨滑块;31-同步带型轨道;32-模组滑块;41-安装孔;61-弹簧;62-弹簧内杆;621-端盖板。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征,请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用,并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1至图2所示,本实施例公开了一种可紧急制动的直线运动装置,该装置包括支架10、伺服电机20和同步带型传送机构30,同步带型传送机构30和伺服电机20均安装在支架10上,伺服电机20用于驱动同步带型传送机构30运动,支架10上底座侧壁设有磁栅尺,还包括第一负载40和第二负载50,第一负载40和第二负载50之间通过弹性结构60连接,第二负载50与支架10底座为滑动连接,第二负载50前进路径上设有紧急制动件,同步带型传送机构30与第一负载40连接带动第一负载40运动以产生作用力至第二负载50,实现第二负载50和紧急制动件碰撞制动。
其中,磁栅尺包括读磁头11和磁尺12,同步带型传送机构30包括同步带型轨道31和模组滑块32,同步带型轨道31安装在支架10顶座侧壁上,第一负载40与模组滑块32连接,模组滑块32与同步带型轨道31连接以在同步带型轨道31上滑动,来带动第一负载40运动。伺服电机20用于驱动同步带型传送机构30进行运动来带动第一负载40运动从而带动第二负载50在支架10底座上向前高速移动,读磁头11和第二负载50一起运动,在第二负载50前进位移路径上设置紧急制动件,目的是通过第二负载50和紧急制动件之间的硬碰撞来实现紧急制动,同时在紧急制动后利用弹性结构60为伺服电机20、第一负载40和同步带型传送机构30提供缓冲力,使其免于损坏。
进一步地,第二负载50和支架10底座的滑动连接方式可设计为:在支架10底座上设置滑轨13,第二负载50与滑轨滑块14连接,滑轨滑块14在滑轨13上滑动。需要说明的是,本实施例中第二负载50和支架10底座的滑动连接方式也可以设计为现有技术中的其它滑动连接方式。
优选地,弹性结构60为弹簧。弹簧的两端分别固定连接在第一负载40本体上和第二负载50本体上。
优选地,弹性结构60包括弹簧61和弹簧内杆62,弹簧内杆62一端与第二负载50内侧面固定连接、另一端与第一负载40本体活动连接,所述弹簧内杆62周身套设弹簧61。需要说明的是,本实施例中通过在弹簧61内设有弹簧内杆62,可防止弹簧61被压缩的过程中出现弯曲现象。
由于在实际应用中,如果让负载在伺服电机20的驱动下进行高速运动后和紧急制动件直接碰撞,给同步带型传送机构30、伺服电机20等造成的损伤是无法估量的。本实施例通过设置第一负载40和第二负载50,第一负载40和第二负载50之间设置弹簧61进行连接,第一负载40在伺服电机20的扭矩模式驱动下进行高速运动时,第一负载40和第二负载50之间的弹簧61被压缩,借助弹簧61压缩量产生的势能作为动力推动第二负载50进行高速运动,第二负载50和紧急制动件碰撞实现制动。同时弹簧61在第一负载40制动过程会提供一个反向作用力,在弹簧61作用力和伺服电机20提供的外力的双重作用下,同步带型传送机构30和第一负载40减速并反弹后实现稳步停止。最后在伺服电机20的位移模式下,第一负载40拉着第二负载50缓慢匀速回到初始状态。
优选地,所述第一负载40和第二负载50之间设置至少一个弹性结构60,且在第一负载40本体和第二负载50本体之间均匀布置。本实施例中通过设置多个弹性结构60,可以实现力的均匀。
优选地,第一负载40本体上开设有安装孔41以供所述弹簧内杆62另一端穿过,所述弹簧内杆62另一端设有直径大于安装孔41孔径的端盖板621。本实施例中,弹簧内杆62的另一端穿过第一负载40本体后设置端盖板621,紧急制动后,在伺服电机20的位移模式下,第一负载40通过端盖板621拉着第二负载50缓慢匀速回到初始位置,弹簧61恢复到自然状态,保证第一负载40和第二负载50之间的间距不变,使得本紧急制动装置可重复循环使用。
优选地,紧急制动件包括至少一个制动柱70,该制动柱70一端安装在所述支架10侧壁上,制动柱70柱身方向与第二负载50的外侧面垂直。制动柱70的一端可通过螺栓连接方式与支架10侧壁固定连接,制动柱70的另一端用于在第二负载50高速直线运动路径上与第二负载50实现硬碰撞。通过设置多个制动柱70且制动柱70间均匀布置,可使得高速运动中的第二负载50可迅速稳定的制动。
优选地,还包括配重块80,所述伺服电机20安装在所述支架10一侧,所述配重块80安装在所述支架10相对另一侧。本实施例中通过在伺服电机20的对立面添加配重块80,一方面可以保证整个系统的重心在对称面上,以实现在高速直线运动过程和碰撞过程中整个装置的稳定。另一方面可避免由于重心偏差导致的整个装置顺时针旋转。
优选地,第一负载40采用航空铝材料制备。本实施例中通过选择质量较轻且硬度很好的材料制备第一负载40,可以获得更大的加速度,更快的压缩弹簧61,为第二负载50提供更大的动力以驱动第二负载50高速直线运动。
优选地,第二负载50和制动柱70均选用不锈钢材料制备。本实施例中选用不锈钢材质制备第二负载50和制动柱70可较优的实现高速直线运动中的迅速制动。
假设同步带型传送机构的行程为500mm,弹簧的自然长度为250mm,第二负载的前进位移为200mm,本实施例中可紧急制动的直线运动装置的工作状态包括:
(1)初始状态:弹簧为自然伸长状态,弹簧长度为250mm,第二负载与紧急制动件之间的距离为200mm。
(2)起步加速状态:第一负载在电机驱动下高速运动,带动第二负载进行高速运动,此时弹簧被压缩,弹簧的长度小于250mm,第二负载到紧急制动件的距离小于200mm。
(3)撞击状态:此时第二负载和紧急制动件撞击,弹簧的长度小于250mm,第二负载和紧急制动件之间的距离为零。
(4)准备反弹状态:此时弹簧的长度小于250mm,第一负载减速为零,准备反弹。
(5)反弹结束状态:弹簧的长度为自然状态250mm,第二负载和紧急制动件间的距离远小于200mm。
(6)回到初始状态:在电机位移模式下,第一负载拉着第二负载回到原始位置,弹簧的长度为250mm,第二负载和紧急制动件间的距离为200mm。
需要说明的是该紧急制动的直线运动装置各部件的参数可为:
伺服电机: ASD-A2-5543-M 5.5kw 35N.M 36kg;
电机驱动器:ECMA-L11855S3;
配重块:8kg×6;
同步带型模组单元:WH08Z200-00500-01050-C-N-0000, 行程500mm;
第一负载:7075航空铝,5kg;
弹簧:4个,弹性系数为1600N/m ,长度为250mm,最大压缩量180mm;
支撑弹簧内杆和端盖板:304不锈钢 各4个;
第二负载:304不锈钢,前进位移为200mm;
导轨:TR20-340L×2;
导轨滑块:TRH20VL×2;
紧急制动柱:304不锈钢 2个;
磁栅尺:分辨率5μm 读磁头:MR500C 磁尺:MS500 长度470mm;
其他结构均为304不锈钢。
整个装置由PLC控制,控制时序如图3所示,伺服电机20在扭矩模式下驱动第一负载40运动,并且第二负载50制动后在弹簧61作用力和伺服电机20提供的外力的双重作用下,同步带型传送机构30和第一负载40实现减速并反弹后稳步停止。在位移模式下伺服电机施加外力,使得第一负载40和第二负载50回到初始位置。伺服电机20通过伺服电机20编码器和磁栅尺分别测量第一负载40前进方向的位移和第二负载50前进方向的位移,并计算出弹簧61长度的变化,结果如图4所示。如图5和图6所示,第二负载50的制动位移在5mm以内,制动时间在5ms以内。从图7和图8分别可以看出,第一负载40从减速到速度为零走过的位移约为80mm,时间约为40ms。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,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,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可紧急制动的直线运动装置,支架、伺服电机和同步带型传送机构,同步带型传送机构和伺服电机均安装在支架上,伺服电机用于驱动同步带型传送机构运动,支架上底座侧壁设有磁栅尺,其特征在于,还包括第一负载和第二负载,第一负载和第二负载之间通过弹性结构连接,第二负载与支架底座为滑动连接,第二负载前进路径上设有紧急制动件,同步带型传送机构与第一负载连接带动第一负载运动以产生作用力至第二负载,实现第二负载和紧急制动件碰撞制动。
2.如权利要求1所述的可紧急制动的直线运动装置,其特征在于,所述弹性结构为弹簧。
3.如权利要求1所述的可紧急制动的直线运动装置,其特征在于,所述弹性结构包括弹簧和弹簧内杆,弹簧内杆一端与第二负载内侧面固定连接、另一端与第一负载本体活动连接,所述弹簧内杆周身套设弹簧。
4.如权利要求2或3所述的可紧急制动的直线运动装置,其特征在于,所述第一负载和第二负载之间设置至少一个弹性结构,且在第一负载本体和第二负载本体之间均匀布置。
5.如权利要求3所述的可紧急制动的直线运动装置,其特征在于,所述第一负载本体上开设有安装孔以供所述弹簧内杆另一端穿过,所述弹簧内杆另一端设有直径大于安装孔孔径的端盖板。
6.如权利要求3所述的可紧急制动的直线运动装置,其特征在于,所述紧急制动件包括至少一个制动柱,该制动柱一端安装在所述支架侧壁上,制动柱柱身方向与第二负载的外侧面垂直。
7.如权利要求1所述的可紧急制动的直线运动装置,其特征在于,还包括配重块,所述伺服电机安装在所述支架一侧,所述配重块安装在所述支架相对另一侧。
8.如权利要求1所述的可紧急制动的直线运动装置,其特征在于,所述第一负载采用航空铝材料制备。
9.如权利要求1所述的可紧急制动的直线运动装置,其特征在于,所述第二负载采用不锈钢材料制备。
CN201811273249.4A 2018-10-30 2018-10-30 一种可紧急制动的直线运动装置 Pending CN109256895A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811273249.4A CN109256895A (zh) 2018-10-30 2018-10-30 一种可紧急制动的直线运动装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811273249.4A CN109256895A (zh) 2018-10-30 2018-10-30 一种可紧急制动的直线运动装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109256895A true CN109256895A (zh) 2019-01-22

Family

ID=65042939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811273249.4A Pending CN109256895A (zh) 2018-10-30 2018-10-30 一种可紧急制动的直线运动装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109256895A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09202423A (ja) * 1996-01-22 1997-08-05 Hitachi Ltd 直線移動装置
CN102374257A (zh) * 2010-08-25 2012-03-14 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 柔性连接机构
CN107076286A (zh) * 2014-12-25 2017-08-18 平田机工株式会社 进给螺杆装置及使用该进给螺杆装置的致动器
CN206582238U (zh) * 2017-01-17 2017-10-24 东莞市锐翼智能装备有限公司 一种保护盖及包含此保护盖的直线模组
CN206770500U (zh) * 2017-04-25 2017-12-19 深圳市汇奥德技术有限公司 一种具有缓冲件的直线模组
CN207921258U (zh) * 2018-03-07 2018-09-28 东莞市恩凯机电轴承有限公司 一种滑台模组
CN208955823U (zh) * 2018-10-30 2019-06-07 中国科学技术大学 一种可紧急制动的直线运动装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09202423A (ja) * 1996-01-22 1997-08-05 Hitachi Ltd 直線移動装置
CN102374257A (zh) * 2010-08-25 2012-03-14 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 柔性连接机构
CN107076286A (zh) * 2014-12-25 2017-08-18 平田机工株式会社 进给螺杆装置及使用该进给螺杆装置的致动器
CN206582238U (zh) * 2017-01-17 2017-10-24 东莞市锐翼智能装备有限公司 一种保护盖及包含此保护盖的直线模组
CN206770500U (zh) * 2017-04-25 2017-12-19 深圳市汇奥德技术有限公司 一种具有缓冲件的直线模组
CN207921258U (zh) * 2018-03-07 2018-09-28 东莞市恩凯机电轴承有限公司 一种滑台模组
CN208955823U (zh) * 2018-10-30 2019-06-07 中国科学技术大学 一种可紧急制动的直线运动装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11609152B2 (en) Collision simulation test apparatus and impact test apparatus
JP2011158407A (ja) 衝突試験装置及び衝突試験方法
US20140283579A1 (en) Testing equipment for crash simulation tests
EP1785217B1 (en) Machining apparatus
CN110366674A (zh) 碰撞模拟试验装置和冲击试验装置
CN107870096B (zh) 一种牵引式高速列车碰撞试验台及其试验方法
CN208955823U (zh) 一种可紧急制动的直线运动装置
EP2945897A1 (en) Enhanced deceleration propulsion system for elevators
CN102990957A (zh) 一种电动螺旋压力机
CN202752161U (zh) 在线点胶机的点胶头移动机构
CN205498077U (zh) 3d打印机
CN109256895A (zh) 一种可紧急制动的直线运动装置
CN101301724A (zh) 数控激光切割机的主机结构
CN102522356B (zh) 双轴浮动定子线性平台
CN110421844A (zh) 高精度双头3d打印机
CN216403724U (zh) 一种用于开关装箱系统的升降组件
EP3736554A1 (en) Non-impact methods and devices for testing the rigidity and / or the stability of one or more loads
CN109038995A (zh) 直线电机及其控制方法
CN213497194U (zh) 一种激光切割头三维平移机构
CN211414323U (zh) 一种直线驱动结构
CN104527474B (zh) 具有碰撞阈值感应功能的碰撞安全座椅装置及其工作方法
CN110529461B (zh) 驱动装置
CN106346339B (zh) 一种多工位数控抛光机的横梁驱动装置
CN217422012U (zh) 一种动能循环利用的蓄能缓冲器
CN211337836U (zh) 上料装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination