CN207198587U - 基于气动技术的运动平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于气动技术的运动平台，运动平台包括上平台和下平台、N个气动缸、控制系统；控制系统包括空压机、气路块、N个直线位移传感器、N个电磁阀、控制装置；气路块的内部具有N条气路，N条气路共用一个第一进气口，每条气路具有一个独立的第一出气口；N个电磁阀一一对应地分布安装在N条气路上；控制装置包括微处理器模块、A/D转换电路、电磁阀控制模块、通信模块；微处理器模块通过通信模块接收一上位机发送的控制指令，并根据控制指令以调整电磁阀控制模块的输出信号；N个直线位移传感器一一对应的固定在N个气动缸上。本实用新型提出的运动平台依靠N个气动缸实现各种运动姿态的同时，对运动平台进行远距离精确控制。

Description

基于气动技术的运动平台

技术领域

本实用新型涉及模拟运动平台领域，具体而言涉及一种基于气动技术的运动平台。

背景技术

随着工业机械化和自动化的发展，气动技术越来越广泛地应用于各个领域里。例如汽车制造业、气动机器人、医用研磨级、电子焊接自动化、家用充气筒、喷漆气泵等，特别是成本低廉结构简单的气动自动装置已得到了广泛的普及与应用，在工业企业自动化中位于重要的地方。

如今随着科学技术的发展，现代气动技术也随着迅猛发展，与其他传动技术相比，已有了更多的优势。仅在可靠性方面，一般气动电磁阀的寿命已高于3000万次，小型阀更是过1亿次，已高于一般电气元件的寿命。更由于气压传动具有防火、防爆、安全性好、无污染等优越性，因此在工业领域中的用途正日益拓展。气动技术是以空气为介质，空气随处可取，用后排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回油装置。因空气的粘度很小，流动过程中能量损失也很小，节能、高效，所以气动技术适合集中供应和远距离输送。作为工业介质的压缩空气的物理性质，使气动技术在广泛的应用中具有安全、方便和费用低的特点。压缩空气也没有产生火花的危险。气动系统维护不复杂，也不需要特殊的培训和实验装备。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种基于气动技术的运动平台，运动平台依靠N个气动缸实现各种运动姿态，驱动运动平台工作的控制系统采用直线位移传感器、电磁阀、控制装置等结构形成控制回路，能够实现对运动平台进行远距离精确控制。

为达成上述目的，本实用新型提出一种基于气动技术的运动平台，所述运动平台包括相互平行的上平台(70)和下平台、连接在上平台(70)和下平台之间的N个气动缸(60)、控制系统；

所述下平台放置在地面上，与地面平行放置，上平台位于下平台之上；

所述N个气动缸(60)的固定端均安装在下平台上，气动缸(60)的伸缩端安装在上平台上；

所述控制系统包括空压机(10)、气路块(20)、N个直线位移传感器(50)、N个电磁阀(30)、控制装置(40)；

所述气路块(20)的内部具有N条气路，N条气路共用一个第一进气口，每条气路具有一个独立的第一出气口；

所述空压机(10)具有第二出气口；

每个所述气动缸(60)均具有一个第二进气口；

所述空压机(10)的第二出气口连接至气路块(20)的第一进气口，气路块(20)的N个第一出气口一一对应地连接至N个气动缸的第二进气口；

所述N个电磁阀(30)一一对应地分布安装在N条气路上，与控制装置(40)电连接，被设置成根据控制装置(40)的指令以控制所属气路的通断；

所述控制装置(40)包括微处理器模块(41)、A/D转换电路(45)、电磁阀控制模块(42)、通信模块(43)，以及用以给微处理器模块(41)、电磁阀控制模块(42)、通信模块(43)供电的电源模块(44)；

所述电磁阀控制模块(42)与N个电磁阀(30)的控制端电连接，用以控制电磁阀(30)的工作状态；

所述微处理器模块(41)与44电磁阀控制模块(42)电连接，与通信模块(43)电连接，被设置成通过通信模块(43)接收一上位机发送的控制指令，并根据控制指令以调整电磁阀控制模块(42)的输出信号；

所述N个直线位移传感器(50)一一对应的固定在N个气动缸(60)上，与A/D转换电路(45)电连接，A/D转换电路(45)与微处理器模块(41)连接；

所述直线位移传感器(50)被设置成实时探测所属气动缸(60)的伸缩端的伸缩量，并将探测结果反馈至A/D转换电路(45)，探测结果经A/D转换电路(45)转换后发送至微处理器模块(41)；

所述N为大于零的正整数。

进一步的，所述控制系统还包括一星三角控制柜(80)，该星三角控制柜(80)与空压机(10)电连接。

进一步的，所述微处理器模块(41)包括LPC176X系列Cortex-M3控制芯片。

进一步的，所述电磁阀控制模块(42)包括M个L9352B控制芯片，每个L9352B控制芯片与一个或者两个电磁阀(30)连接；

所述2M大于或者等于N，M、N均为大于零的正整数。

进一步的，所述控制装置(40)还具有一保护模块。

进一步的，所述保护模块包括TLE7230R芯片。

进一步的，所述通信模块(43)包括RS232接口和/或RS485接口。

进一步的，所述电源模块(44)包括TLE6368芯片。

进一步的，所述空压机具有一气压调节阀。

由以上本实用新型的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于，运动平台依靠N个气动缸实现各种运动姿态，驱动运动平台工作的控制系统采用直线位移传感器、电磁阀、控制装置等结构形成控制回路，能够实现对运动平台进行远距离精确控制。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1是本实用新型的基于气动技术的运动平台的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1，本实用新型提出了一种基于气动技术的运动平台，其包括实现各种运动姿态的运动平台本体以及驱动并控制运动平台本体按指定控制指令运动的控制系统。

首先阐述一下实现各种运动姿态的运动平台本体的结构。

运动平台包括相互平行的上平台70和下平台，以及连接在上平台70和下平台之间的N个气动缸60，气动缸60的固定端安装在下平台上，气动缸60的伸缩端安装在上平台70上，下平台固定在地面上，N为大于零的正整数。

N的数量以及安装位置由需求决定，通常一个六自由度平台需要六个气动缸60，即N等于6，这六个气动缸60根据控制指令以进行伸缩运动，推动上平台70实现各种运动姿态。

控制系统的目的则是驱动这六个气动缸60按指令进行伸缩运动，与用在其他工业设备上的气动缸60一样，此处的气动缸60也是将气压能转变为机械能、做直线往复运动的气压执行元件。

每个气动缸60具有一第二进气口，通过调整第二进气口的气压，实现伸缩端的双向运动。

为此，本申请提出以下结构，本控制系统包括空压机10、气路块20、N个电磁阀30、控制装置40。

空压机10用以给N个气压缸60按控制指令要求的压力供气。

空压机10具有第二出气口，做为空压机10的总出气口使用。

可选的，空压机10还与一星三角控制柜80电连接，设置星三角控制柜80的目的是为了实现空压机10的软启动，确保空压机10能够提供足够的气压。

然而每个气动缸60均具有一个第二进气口，以六自由度运动平台为例，一个运动平台具有6个气动缸60，即具有6个第二进气口，若单纯的以气管连接空压机10和气动缸60，管线复杂，维护困难。

更甚者，同一个空压机10驱动多个运动平台一起工作时，涉及得到的气管数量成倍增加，管线的复杂程度将会导致维护查故无法顺利进行。

为了解决上述问题，本申请提出在空压机10和气路块60之间设置一气路块20。

气路块(20)的内部具有N条气路，N条气路共用一个第一进气口，每条气路具有一个独立的第一出气口。

空压机(10)的第二出气口连接至气路块(20)的第一进气口，气路块(20)的N个第一出气口一一对应地连接至N个气动缸的第二进气口。

N个电磁阀(30)一一对应地分布安装在N条气路上，与控制装置(40)电连接，被设置成根据控制装置(40)的指令以控制所属气路的通断。

当气动缸60需要气压增大时，空压机10运转，促使空气依次经过第二出气口、第一进气口进入气路块20，再经对应的气路到达其所属第一出气口，最后经气动缸60的第二进气口进入气动缸60，提供气动缸60足够的气压，使伸缩端伸出。

同样的，让气动缸60需要气压减小时，气动缸60内的气体被泄露至大气中，气缸内压力下降，伸缩端回缩。

不同于液压缸，气动缸60的能量载体为空气，属于洁净能源，并且取之不尽。

空压机10具有一气压调节阀，有两个作用，第一，其是控制空压机10出气的开关，第二，其能够调整空压机10的气压大小。

而N个气动缸60在同一时刻需要的气压是不同的，关于这一问题，本申请提出用电磁阀30来解决，具体结构和工作原理如下。

在每个气路上设置一个电磁阀30，即设置N个电磁阀30，电磁阀30与控制装置40电连接，根据控制装置40的指令以控制所属气路的通断。

以其中一个气动缸60为例，其具有第二进气口，与之相连的气路被定义为气路a，安装在气路a上的电磁阀30被定义成电磁阀30a。

当电磁阀30a关闭时，气动缸60没有气压变化；当电磁阀30a打开时，空压机产生的总气压分出一部分施加在气动缸60上，气动缸60的气压产生变化。

施加在气动缸60上的气压除了通过控制气路通断以及调节空压机总气压之外，本申请通过控制电磁阀30的开关频率来实现微调，即通过控制气流在同一气压条件下的流经时间来实现。

同一时间阶段内，电磁阀30打开的时间越长，由于气压相同，经由该电磁阀30所在气路的空气流量就越大，施加在气动缸60上的气压也就越大。

另一方面，要实现对气动缸60的精确控制，还应该设置一检测反馈装置，实时探测气动缸60伸缩端的位移量，并将之反馈给控制装置40，控制装置40接收探测结果，将之与控制指令相比较，以实现一完整的控制回路，从而实现控制装置40对气动缸60运动的精确控制。

本申请通过在每个气动缸60上固定安装一直线位移传感器50来实现。

直线位移传感器50同样具有一固定端和一伸缩端，直线位移传感器50的固定端与所属气动缸60的固定端固定在一起，直线位移传感器50的伸缩端与所属气动缸60的伸缩端连接，直线位移传感器50的伸缩端跟随气动缸60的伸缩端的运动而运动，从而精确获知所属气动缸60的伸缩端的位移量变化，并将之实时反馈给控制装置40，以实现控制回路。

在前述基础上，本申请提出一种控制装置40的结构方式。

该控制装置40包括微处理器模块41、A/D转换电路45、电磁阀控制模块42、通信模块43，以及用以给整个控制装置40供电的电源模块44。

A/D转换电路45与前述直线位移传感器50连接，用以将直线位移传感器50的探测结果经A/D转换成微处理器模块41能够处理的数字信号，再发送给微处理器模块41。

电磁阀控制模块42与2N个电磁阀30的控制端电连接，用以控制电磁阀30的工作状态，作为其中一种实施例，本申请提及的电磁阀控制模块42包括L9235B控制芯片，L9235B控制芯片作为电磁阀30专用芯片，其可以控制两路比例电磁铁和两路开关电磁铁，在本技术方案中，每2个电磁阀30连接至一个L9235B控制芯片上，根据其输出信号调整自身的通断状态。

微处理器模块41与电磁阀控制模块42电连接，与通信模块43电连接，通过通信模块43接收一上位机发送的控制指令，并根据控制指令以调整电磁阀控制模块42的输出信号。

当然，控制指令也可以由微处理器模块41自身生成。

作为其中一种实施例，微处理器模块41包括LPC176X系列Cortex-M3控制芯片。

为了进一步保护整个控制装置40，本申请还在控制装置40上设置有一保护模块，作为其中一种实施例，该保护模块包括TLE7230R芯片，该芯片具有过载、短路、过热、过压保护功能。

关于液压站10通信模块43，采用RS232接口和/或RS485接口，其中，RS232接口为全双工传输、传输距离较近，而RS484接口为半双工传输，传输距离较远。

同一个控制装置40上设置哪种通信接口、或者是否同时设置两种通信接口，根据实际需要决定。

例如，我们可以在同一个控制装置40上同时设置RS232接口和RS485接口，其中RS232接口仅用于内部参数标定，而RS485接口用于动作文件、运动姿态指令的传输，两者结合以实现更快更稳定的工作方式。

从而，本实用新型提及一种基于气动技术的运动平台，运动平台依靠N个气动缸实现各种运动姿态，驱动运动平台工作的控制系统采用直线位移传感器、电磁阀、控制装置等结构形成控制回路，能够实现对运动平台进行远距离精确控制。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种基于气动技术的运动平台，其特征在于，所述运动平台包括相互平行的上平台(70)和下平台、连接在上平台(70)和下平台之间的N个气动缸(60)、控制系统；

所述下平台放置在地面上，与地面平行放置，上平台位于下平台之上；

所述N个气动缸(60)的固定端均安装在下平台上，气动缸(60)的伸缩端安装在上平台上；

所述控制系统包括空压机(10)、气路块(20)、N个直线位移传感器(50)、N个电磁阀(30)、控制装置(40)；

所述气路块(20)的内部具有N条气路，N条气路共用一个第一进气口，每条气路具有一个独立的第一出气口；

所述空压机(10)具有第二出气口；

每个所述气动缸(60)均具有一个第二进气口；

所述空压机(10)的第二出气口连接至气路块(20)的第一进气口，气路块(20)的N个第一出气口一一对应地连接至N个气动缸的第二进气口；

所述N个电磁阀(30)一一对应地分布安装在N条气路上，与控制装置(40)电连接，被设置成根据控制装置(40)的指令以控制所属气路的通断；

所述控制装置(40)包括微处理器模块(41)、A/D转换电路(45)、电磁阀控制模块(42)、通信模块(43)，以及用以给微处理器模块(41)、电磁阀控制模块(42)、通信模块(43)供电的电源模块(44)；

所述电磁阀控制模块(42)与N个电磁阀(30)的控制端电连接，用以控制电磁阀(30)的工作状态；

所述微处理器模块(41)与44电磁阀控制模块(42)电连接，与通信模块(43)电连接，被设置成通过通信模块(43)接收一上位机发送的控制指令，并根据控制指令以调整电磁阀控制模块(42)的输出信号；

所述N个直线位移传感器(50)一一对应的固定在N个气动缸(60)上， 与A/D转换电路(45)电连接，A/D转换电路(45)与微处理器模块(41)连接；

所述直线位移传感器(50)被设置成实时探测所属气动缸(60)的伸缩端的伸缩量，并将探测结果反馈至A/D转换电路(45)，探测结果经A/D转换电路(45)转换后发送至微处理器模块(41)；

所述N为大于零的正整数。

2.根据权利要求1所述的基于气动技术的运动平台，其特征在于，所述控制系统还包括一星三角控制柜(80)，该星三角控制柜(80)与空压机(10)电连接。

3.根据权利要求1所述的基于气动技术的运动平台，其特征在于，所述微处理器模块(41)包括LPC176X系列Cortex-M3控制芯片。

4.根据权利要求1所述的基于气动技术的运动平台，其特征在于，所述电磁阀控制模块(42)包括M个L9352B控制芯片，每个L9352B控制芯片与一个或者两个电磁阀(30)连接；

其中，M大于或者等于N/2，M为大于零的正整数。

5.根据权利要求1所述的基于气动技术的运动平台，其特征在于，所述控制装置(40)还具有一保护模块。

6.根据权利要求5所述的基于气动技术的运动平台，其特征在于，所述保护模块包括TLE7230R芯片。

7.根据权利要求1所述的基于气动技术的运动平台，其特征在于，所述通信模块(43)包括RS232接口和/或RS485接口。

8.根据权利要求1所述的基于气动技术的运动平台，其特征在于，所述电源模块(44)包括TLE6368芯片。

9.根据权利要求1所述的基于气动技术的运动平台，其特征在于，所述空压机具有一气压调节阀。