CN112959043B - 拧紧操作模拟设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种拧紧操作模拟设备，包括基座，安装于所述基座上并可相对于所述基座升降并旋转的作动装置，以及电性连接所述作动装置的控制装置，所述控制装置可控制所述作动装置相对于所述基座下降并旋转，当所述作动装置相对于所述基座下降至预设高度时，增大所述作动装置的旋转扭矩，并当所述旋转扭矩满足预设扭矩阈值时，控制所述作动装置相对于所述基座上升移动。据此，本申请可真实地模拟拧紧操作，并可实现扭矩限幅功能及固定挡块停止功能的测试操作。

Description

拧紧操作模拟设备

技术领域

本申请实施例涉及机械设备测试技术领域，尤其涉及一种拧紧操作模拟设备。

背景技术

随着制造业的快速发展，各行各业对于生产机械设备的功能需求越来越多，这些机械的控制基本上都属于运动控制范畴。因此，快速掌握机械设备的运动控制技能对提高产品开发速度、缩短设备研发周期，是OEM厂商用来提高竞争力的一个关键因素。

于各种运动控制中，扭矩限幅功能及固定挡块停止功能是其中的重要功能，因此，在调试机器前，能够真实有效地进行相关的功能的实践是至关重要的，而此功能的实践需要具有真实模拟效果的机械设计进行配合。

目前市场上现有的实验设备大都采用一个电机带着圆盘旋转来实现速度以及定位的控制，对于运动控制中的一个重要功能，即固定挡块停止功能的实现，则需要手动按下电机抱闸的制动装置，或者通过用手直接顶住圆盘让其停止运动的方式来实现。

由上可知，当前尚没有专门的模拟机械设备来配合执行扭矩限幅功能及固定挡块停止功能的测试操作，且当前的实验方法在自动化实验设备中显得不够专业，又过于原始，在实验过程中还存在一定的伤害风险，而且在实现固定挡块停止功能时，容易造成误动作导致设备发生超速空转的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种拧紧操作模拟设备，以至少部分地解决上述问题。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种拧紧操作模拟设备，其包括：基座；作动装置，其设于所述基座上，并可相对于所述基座升降并旋转；以及控制装置，其电性连接所述作动装置；其中，所述控制装置可控制所述作动装置相对于所述基座下降并旋转，当所述作动装置相对于所述基座下降至预设高度时，增大所述作动装置的旋转扭矩，并当所述旋转扭矩满足预设扭矩阈值时，控制所述作动装置相对于所述基座上升。

可选地，所述作动装置包括升降电机，其设置在所述基座上；升降台，其连接所述升降电机；旋转电机，其设置在所述升降台上；以及旋转组件,其连接所述旋转电机；其中，所述升降电机用于驱动所述升降台相对于所述基座升降，并带动所述旋转电机与所述旋转组件一并相对于所述基座升降，所述旋转电机用于驱动所述旋转组件相对于所述基座旋转。

可选地，所述作动装置还包括设置在所述升降电机与所述升降台之间的丝杆，用于将所述升降电机输出的旋转驱动力转换为直线驱动力以驱动所述升降台升降。

可选地，所述控制装置包括制动器，其设置在所述基座上并邻近于所述旋转组件，所述制动器可在制动状态与非制动状态之间切换；侦测器，其电性连接所述制动器，用于侦测所述旋转组件的预设部位相对于所述基座的高度位置；其中，当所述侦测器侦测所述旋转组件的预设部位相对于所述基座的所述高度位置满足所述预设高度时，触发所述制动器由所述非制动状态切换至所述制动状态，以对所述旋转组件施加制动力，使得所述旋转电机的旋转扭矩增大。

可选地，所述旋转组件包括轴套和穿设在所述轴套中的旋转轴，且所述旋转轴与所述轴套联动旋转。

可选地，所述旋转轴的横截面为三角形、方形、多边形中的一个。

可选地，所述制动器包括设置在所述轴套的侧部的电磁离合销；其中，当所述制动器处于所述非制动状态时，所述电磁离合销朝远离所述轴套的方向回缩以与所述轴套相互分离；当所述制动器处于所述制动状态时，所述电磁离合销朝接近所述轴套的方向伸出并向所述轴套施加所述制动力。

可选地，所述侦测器包括移动侦测单元，其设置在所述旋转组件的所述预设部位；固定侦测单元，其设置在所述基座的所述预设高度；其中，当所述移动侦测单元相对于所述基座的高度位置与所述预设高度吻合时，所述移动侦测单元与所述固定侦测单元电性导通以输出电信号至所述制动器。

可选地，所述移动侦测单元包括金属感应件，所述固定侦测单元包括接近开关。

可选地，所述控制装置还包括控制器，其电性连接所述升降电机与所述旋转电机，用于控制所述升降电机驱动所述升降台相对于所述基座升降，并控制所述旋转电机驱动所述旋转组件相对于所述基座旋转。

可选地，所述控制器还包括读取所述旋转电机的旋转扭矩，并当判断所述旋转扭矩满足所述预设扭矩阈值时，控制所述升降电机以驱动所述升降台相对于所述基座上升；或者所述控制器还包括读取所述旋转电机的旋转扭矩，并当判断所述旋转扭矩满足所述预设扭矩阈值时，控制所述旋转电机以驱动所述旋转组件反向旋转以释放所述旋转电机的所述旋转扭矩，并当感测所述旋转电机的所述旋转扭矩被释放后，控制所述升降电机以驱动所述升降台相对于所述基座上升。

本申请实施例提供的拧紧操作模拟设备，通过控制装置制作动装置相对于基座下降并旋转，当作动装置相对于基座下降至预设高度时，增大作动装置的旋转扭矩，并当旋转扭矩满足预设扭矩阈值时，控制作动装置相对于基座上升，借由上述一系列作动控制机制，可以模拟出螺丝刀拧紧操作，且无需手动操作，也避免了手动操作造成的伤害风险以及设备故障。

本申请实施例通过将升降电机设置在基座上，并将旋转电机设置在升降台上，不但可实现升降作动和旋转作动的独立作动以及定位，且由于旋转电机可与升降电机产生联动升降的效果，因此，还可实现升降作动与旋转作动的协同配合，从而实现运动控制的基本功能的测试操作。

本申请实施例通过在升降电机与升降台之间设置丝杆，以供升降电机通过驱动丝杆来带动升降台执行升降移动，可以实现升降台在高度方向上的精确定位。

本申请实施例可在侦测到旋转组件的预设部位相对于基座的高度位置满足预设高度时对旋转组件施加制动力，以针对作动装置的旋转作动进行干预，可以实现固定挡块停止功能的测试操作。

本申请实施例利用旋转轴、轴套以及电磁离合销三者协同配合所实现的电磁制动设计方案，具有设备无磨损且无耗材产生的优点，可利于模拟设备的反复使用，能够有效延长使用寿命。

本申请实施例通过在旋转组件的预设部位与基座的预设高度分别设置移动侦测单元和固定侦测单元，可以精准确定旋转组件相对于基座的高度位置，以提高测试结果的准确性。

再者，本申请实施例的控制器在当判断旋转电机的旋转扭矩满足预设扭矩阈值时，控制作动装置相对于基座上升，借此可以模拟螺钉拧紧的状态，并以实现扭矩限幅功能的测试操作。

附图说明

以下附图仅旨在于对本申请做示意性说明和解释，并不限定本申请的范围。其中，

图1和图2示出了根据本申请的实施例的拧紧操作模拟设备的不同视角的立体结构示意图；

图3示出了根据本申请的实施例的拧紧操作模拟设备的正面结构示意图；

图4为图3所示的拧紧操作模拟设备的I-I剖面示意图；

图5示出了根据本申请的实施例的拧紧操作模拟设备中的控制装置与作动装置之间的信号控制架构示意图。

附图标记说明：

10、基座；

12、立柱；

20、作动装置；

22、升降电机；

23、丝杆；

24、升降台；

26、旋转电机；

28、旋转组件；

282、轴套；

284、旋转轴；

286、联轴节；

30、控制装置；

32、制动器；

322、电磁离合销；

324、制动块；

326、单向离合；

328、轴承组；

34、侦测器；

342、移动侦测单元；

3421、金属感应件；

344、固定侦测单元；

3441、接近开关；

36、控制器。

具体实施方式

为了对本申请实施例的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本申请实施例的具体实施方式。

参照图1至图4，其中，图1和图2分别示出了本申请实施例的拧紧操作模拟设备的不同视角的立体架构示意图，图3示出了根据本申请的实施例的拧紧操作模拟设备的正面结构示意图，图4为图3所示的拧紧操作模拟设备的I-I剖面示意图。

参考图1，拧紧操作模拟设备主要包括基座10、作动装置20、控制装置30。

根据本申请的一个实施例，基座10可包括立柱12。

于其他实施例中，基座10还可包括用于承载立柱12的承载板(未示出)等设计，本申请对此不作限制。

作动装置20设于基座10上，其可相对于基座10升降并旋转。

根据本发明的一个实施例，作动装置20可沿基座10的垂直轴向相对于基座10升降移动并旋转。但并不以此为限，作动装置20也可沿基座10的水平轴向相对于基座10升降移动并旋转。

控制装置30电性连接作动装置20，用于控制作动装置20协同执行升降以及旋转作用。

根据本申请的一个实施例，控制装置30可控制作动装置20相对于基座10下降并旋转，当作动装置20相对于基座10下降至预设高度时，可增大作动装置20的旋转扭矩，并当旋转扭矩满足预设扭矩阈值时，控制作动装置20相对于基座10上升移动。据此，本申请实施例可以模拟螺丝刀的拧紧操作，且作动装置20不但可以完成升降作动以及旋转作动的独立运作，亦可实现升降作动以及旋转作动的协同配合，从而实现运动控制的基本功能的测试操作。

根据本申请的一个实施例，作动装置20可包括有升降电机22、升降台24、旋转电机26和旋转组件28。

升降电机22设置在基座10上，例如安装于立柱12的上部，升降台24连接至升降电机22，以借由升降电机22驱动升降台24沿着基座10的垂直轴向相对于基座10上升或下降。

根据本申请的一个实施例，升降电机22可与升降台24之间还进一步设置有丝杆23，用于将升降电机22输出的旋转驱动力转换为直线驱动力以驱动升降台24升降移动。因此，本申请实施例通过丝杆23可以精确控制升降台24相对于基座10的升降高度，从而实现升降台24在高度方向上的精确定位。

旋转电机26设置在升降台24上，旋转组件28连接至旋转电机26，旋转电机26用于驱动旋转组件28相对于基座10旋转，例如，沿着基座10的垂直轴向相对于基座10旋转。

根据本申请的一个实施例，升降电机22用于驱动升降台24相对于基座10升降，并带动旋转电机26与旋转组件28一并相对于基座10升降，同时，旋转电机26用于驱动旋转组件28相对于基座10旋转。借此，本申请实施例可以使得旋转电机与升降电机产生联动升降效果，从而实现旋转组件28相对于基座10在执行升降作动的同时还可执行旋转作动，从而实现两种作动之间的协同配合，以真实地模拟螺丝刀的拧紧操作。再者，也可通过分别控制升降电机和旋转电机执行运转，使得旋转组件28独立地执行升降作动和旋转作动，从而满足各种运动控制的基本功能的测试操作需求。

根据本申请的一个实施例，旋转组件28可包括轴套282和穿设在轴套282中的旋转轴284，其中，旋转轴284与轴套282为联动旋转。

根据本申请的一个实施例，旋转轴284可进一步通过联轴节286连接至旋转电机。

根据本申请的一个实施例，旋转轴284的横截面为方形(即如图1至图4所示的方轴)，以实现旋转轴284与轴套282之间的联动旋转作动。但并不以此为限，旋转轴284的横截面也可呈现为三角形、多边形等形状，只需旋转轴284与轴套282之间可实现联动旋转的功效即可。

根据本申请的另一个实施例，旋转轴284也可设计为圆轴，并通过在旋转轴284的外侧壁以及轴套282的内侧壁上分别设置定位结构(例如卡合结构等)，以使轴套282可相对于旋转轴284周向定位，从而实现旋转轴284与轴套282之间的联动旋转作动。

据此，本申请实施例通过旋转轴284与轴套282之间的联动旋转设计，可有利于提升旋转轴284的制动效果。

根据本申请的一个实施例，控制装置30包括有制动器32、侦测器34。

制动器32设置在基座10上邻近旋转组件28的位置，并可在制动状态与非制动状态之间切换。

侦测器34电性连接制动器32，用于侦测旋转组件28的预设部位相对于基座10的高度位置，并向制动器32输出触发信号。

根据本申请的一个实施例，侦测器34可包括移动侦测单元342和固定侦测单元344，其中，移动侦测单元342设置在旋转组件28的预设部位，例如可设置在旋转轴284的末端，并可随着旋转组件28一并相对于基座10升降移动，固定侦测单元344设置在基座10的预设高度并邻近于旋转组件28，亦即，固定侦测单元344相对于基座10的高度位置相对固定。

于本实施例中，当移动侦测单元342相对于基座10的高度位置与预设高度吻合时，例如，旋转轴284的末端的高度位置与固定侦测单元344的高度基本水平时，移动侦测单元342与固定侦测单元344之间电性导通，以输出电信号至制动器32。

根据本申请的一个实施例，移动侦测单元342包括金属感应件3421(例如金属感应片等)，固定侦测单元344可包括接近开关3441(参考图2)，当移动侦测单元342相对于基座10的高度位置与预设高度吻合时，金属感应件3421与接近开关3441相互接近，以使两者之间电性导通，并向制动器32输出电信号。

因此，本申请实施例通过在旋转轴284的预设部位与基座10的预设高度分别设置移动侦测单元342和固定侦测单元344，可以精准定位旋转轴284相对于基座10的高度位置，从而提高后续测试结果的准确性。

根据本申请的一个实施例，当制动器32接收到侦测器34的电信号时，即可自动由非制动状态切换至制动状态，以对旋转组件28施加制动力，使得旋转电机26的旋转扭矩增大。

根据本申请的一个实施例，制动器32可包括设置在轴套282的侧部的电磁离合销322。其中，当制动器32处于非制动状态时，电磁离合销322朝远离轴套282的方向回缩以与轴套282相互分离，即电磁离合销322与轴套282之间未产生实质接触。当制动器32处于制动状态时，电磁离合销322可朝接近轴套282的方向伸出并向轴套282施加制动力，并利用轴套282与旋转轴284之间的联动旋转作动，使得旋转轴284的旋转作动亦受到制动力的影响而逐渐减缓直至停止，于此过程中，旋转电机26的旋转扭矩将逐渐增大，直至到达设定的预设扭矩阈值。

根据本申请的一个实施例，制动器32还可包括制动块324、单向离合器326、轴承组328等部件，如图4所示，当制动器32处于制动状态时，电磁离合销322可与制动块324卡合，以使制动块324产生制动力并依次经由单向离合器326、轴承组328传递至轴套282和旋转轴284。

据此，本申请实施例可在侦测到旋转组件28的预设部位相对于基座10的高度位置满足预设高度时，即利用电磁制动技术针对旋转组件28的旋转作动进行干预，可以实现固定挡块停止功能的测试操作。

此外，本申请采用了电磁离合销、轴套以及旋转轴协同配合的制动设计方案，可以达到无磨损以及没有耗材产生的目的，使得本申请拧紧操作模拟设备可以反复多次使用，延长了使用寿命并节约了测试成本。

根据本申请的一个实施例，控制装置30包括有控制器36(参考图5)，其电性连接升降电机22与旋转电机26，用于控制升降电机22驱动升降台24相对于基座10升降，并控制旋转电机26驱动旋转组件28相对于基座10旋转。

根据本申请的一个实施例，控制器36可用于读取旋转电机26的旋转扭矩，并当判断旋转扭矩满足预设扭矩阈值时，控制升降电机22以驱动升降台24相对于基座10上升。

具体而言，在旋转电机26的旋转扭矩满足预设扭矩阈值时，可以模拟出螺钉已经旋紧的状态，于此状态下，控制器36控制升降电机22驱动升降台24相对于基座10上升，以模拟出螺丝刀收回的状态，从而完成螺丝刀拧紧螺丝的全部过程。

根据本申请的另一实施例，控制器36可用于读取旋转电机26的旋转扭矩，并当判断旋转扭矩满足预设扭矩阈值时，控制旋转电机26以驱动旋转组件28反向旋转以释放旋转电机26的旋转扭矩，并当感测旋转电机26的旋转扭矩被释放后，控制升降电机22以驱动升降台24相对于基座10上升，借以模拟出螺丝刀拧紧并离开螺丝的全部过程。

因此，本申请实施例的控制其可在判断旋转电机26的旋转扭矩到达预设扭矩阈值时，控制升降电机22驱动升降台24相对于基座10上升，不仅可以模拟螺钉拧紧的状态，还可以实现扭矩限幅功能的测试操作。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本申请实施例示意性的具体实施方式，并非用以限定本申请实施例的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本申请实施例的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本申请实施例保护的范围。

Claims (11)

1.一种拧紧操作模拟设备，其特征在于，包括：

基座(10)；

作动装置(20)，其设于所述基座(10)上，并可相对于所述基座(10)升降并旋转；以及

控制装置(30)，其电性连接所述作动装置(20)；其中，

所述控制装置(30)可控制所述作动装置(20)相对于所述基座(10)下降并旋转，当所述作动装置(20)相对于所述基座(10)下降至预设高度时，增大所述作动装置(20)的旋转扭矩，并当所述旋转扭矩满足预设扭矩阈值时，控制所述作动装置(20)相对于所述基座(10)上升;

所述作动装置(20)包括：

升降电机(22)，其设置在所述基座(10)上；

升降台(24)，其连接所述升降电机(22)；

旋转电机(26)，其设置在所述升降台(24)上；以及

旋转组件(28)，其连接所述旋转电机(26)；其中，

所述升降电机(22)用于驱动所述升降台(24)相对于所述基座(10)升降，并带动所述旋转电机(26)与所述旋转组件(28)一并相对于所述基座(10)升降，所述旋转电机(26)用于驱动所述旋转组件(28)相对于所述基座(10)旋转;

所述控制装置(30)包括：

制动器(32)，其设置在所述基座(10)上并邻近于所述旋转组件(28)，所述制动器(32)可在制动状态与非制动状态之间切换；以及

侦测器(34)，其电性连接所述制动器(32)，用于侦测所述旋转组件(28)的预设部位相对于所述基座(10)的高度位置；其中，

当所述侦测器(34)侦测所述旋转组件(28)的预设部位相对于所述基座(10)的所述高度位置满足所述预设高度时，触发所述制动器(32)由所述非制动状态切换至所述制动状态，以对所述旋转组件(28)施加制动力，使得所述旋转电机(26)的旋转扭矩增大。

2.根据权利要求1所述的拧紧操作模拟设备，其特征在于，所述作动装置(20)还包括设置在所述升降电机(22)与所述升降台(24)之间的丝杆(23)，用于将所述升降电机(22)输出的旋转驱动力转换为直线驱动力以驱动所述升降台(24)升降。

3.根据权利要求1所述的拧紧操作模拟设备，其特征在于，所述旋转组件(28)包括轴套(282)和穿设在所述轴套(282)中的旋转轴(284)，且所述旋转轴(284)与所述轴套(282)联动旋转。

4.根据权利要求3所述的拧紧操作模拟设备，其特征在于，所述旋转轴的横截面为多边形。

5.根据权利要求4所述的拧紧操作模拟设备，其特征在于，所述旋转轴的横截面为三角形或方形。

6.根据权利要求3或4所述的拧紧操作模拟设备，其特征在于，所述制动器(32)包括设置在所述轴套(282)的侧部的电磁离合销(322)；其中，

当所述制动器(32)处于所述非制动状态时，所述电磁离合销(322)朝远离所述轴套(282)的方向回缩以与所述轴套(282)相互分离；

当所述制动器(32)处于所述制动状态时，所述电磁离合销(322)朝接近所述轴套(282)的方向伸出并向所述轴套(282)施加所述制动力。

7.根据权利要求1所述的拧紧操作模拟设备，其特征在于，所述侦测器(34)包括：

移动侦测单元(342)，其设置在所述旋转组件(28)的所述预设部位；

固定侦测单元(344)，其设置在所述基座(10)的所述预设高度；其中，

当所述移动侦测单元(342)相对于所述基座(10)的高度位置与所述预设高度吻合时，所述移动侦测单元(342)与所述固定侦测单元(344)电性导通以输出电信号至所述制动器(32)。

8.根据权利要求7所述的拧紧操作模拟设备，其特征在于，所述移动侦测单元(342)包括金属感应件(3421)，所述固定侦测单元(344)包括接近开关(3441)。

9.根据权利要求1所述的拧紧操作模拟设备，其特征在于，所述控制装置(30)还包括：

控制器(36)，其电性连接所述升降电机(22)与所述旋转电机(26)，用于控制所述升降电机(22)驱动所述升降台(24)相对于所述基座(10)升降，并控制所述旋转电机(26)驱动所述旋转组件(28)相对于所述基座(10)旋转。

10.根据权利要求9所述的拧紧操作模拟设备，其特征在于，

所述控制器(36)还用于读取所述旋转电机(26)的旋转扭矩，并当判断所述旋转扭矩满足所述预设扭矩阈值时，控制所述升降电机(22)以驱动所述升降台(24)相对于所述基座(10)上升。

11.根据权利要求9所述的拧紧操作模拟设备，其特征在于，

所述控制器(36)还用于读取所述旋转电机(26)的旋转扭矩，并当判断所述旋转扭矩满足所述预设扭矩阈值时，控制所述旋转电机(26)以驱动所述旋转组件(28)反向旋转以释放所述旋转电机(26)的所述旋转扭矩，并当感测所述旋转电机(26)的所述旋转扭矩被释放后，控制所述升降电机(22)以驱动所述升降台(24)相对于所述基座(10)上升。

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