CN217578068U - 一种四轴高精度桁架控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及设备吊装控制领域，具体涉及一种四轴高精度桁架控制系统，包括桁架、运动组件和控制组件，运动组件包括：X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件；X轴运动组件包括：X轴导轨，其水平设置在固定梁上，X轴导轨沿其长度方向开设有X轴导轨凹槽，X轴齿条，其嵌设在X轴导轨凹槽内，X轴伺服电机，其输出轴与X轴齿条啮合；Y轴运动组件包括：Y轴导轨，其与X轴导轨活动连接，X轴伺服电机安装在Y轴导轨上。本实用新型采用伺服电机与齿条啮合传动的方式，更容易控制行车位置，运动精度高，灵活性好，能实现高定位精度和重复定位精度，实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度，减小了行车在运动中的磨损。

Description

一种四轴高精度桁架控制系统

技术领域

本实用新型涉及设备吊装控制领域，具体涉及一种四轴高精度桁架控制系统。

背景技术

传统工厂产线吊装设备大多采用钢结构行车完成工件的位置移动，由于采用普通三相电机带动一对滚轮实现横梁的水平移动，两侧支撑钢轨长时间与滚轮磨损，会导致其控制精度和定位精度降低，由于滚轮和钢轨均磨损，会导致其运动过程不平稳。行车由专职司机驾驶或采用手动遥控装置分别控制其在水平和垂直两个维度进行运动，定位时间比较长。操作人员通过眼睛和经验大概确定货物或工件要到达的位置，通过多次微调实现工件的提升和定位，操作难度大。

因此，需要一种四轴高精度桁架控制系统，来解决现有技术中存在的行车滚轮与钢轨磨损严重，行车控制、定位不精准的问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种四轴高精度桁架控制系统，具有运动组件磨损小，行车控制、定位精确的特点，弥补现有技术中的不足。

一种四轴高精度桁架控制系统，包括桁架、运动组件和控制组件，所述运动组件安装在所述桁架上，所述桁架包括立柱和固定在立柱上端的固定梁，所述运动组件包括：X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件；所述X轴运动组件包括：

X轴导轨，其水平设置在所述固定梁上，所述X轴导轨沿其长度方向开设有X轴导轨凹槽，

X轴齿条，其嵌设在所述X轴导轨凹槽内，

X轴伺服电机，其输出轴与所述X轴齿条啮合；

所述Y轴运动组件包括：Y轴导轨，其与所述X轴导轨活动连接，所述Y轴导轨与X轴导轨在水平方向上相互垂直，

所述X轴伺服电机安装在Y轴导轨上，通过X轴伺服电机与X轴齿条传动来带动所述Y轴导轨沿X轴导轨长度方向运动。

通过X轴伺服电机与X轴齿条啮合，控制组件控制X轴伺服电机旋转，所述X轴伺服电机通过与X轴齿条啮合，在旋转时带动Y轴导轨沿沿X轴导轨长度方向运动。采用伺服电机与齿条啮合传动的方式，比起传统的滚轮更容易控制行车位置，运动精度高，灵活性好，能实现高定位精度和重复定位精度，实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。并且使用了导轨滑动的方式，减小了行车在运动中的磨损。

进一步的，所述Y轴导轨沿其长度方向开设有Y轴导轨凹槽，所述Y轴运动组件还包括：

Y轴齿条，其嵌设在所述Y轴导轨凹槽内，

Y轴伺服电机，其输出轴与所述Y轴齿条啮合，

所述Z轴运动组件包括：Z轴安装架，其与所述Y轴Y轴导轨活动连接，

所述Y轴伺服电机安装在所述Z轴安装架上，通过Y轴伺服电机与Y轴齿条传动来带动所述Z轴安装架沿Y轴导轨长度方向运动。

控制组件控制Y轴伺服电机旋转，所述Y轴伺服电机通过与Y轴齿条啮合，在旋转时带动Z轴安装架沿Y轴导轨长度方向运动。采用这样的结构，在水平方向上比起传统的滚轮更容易控制行车位置，能够更加精确地控制行车，并且使用了导轨滑动的方式，减小了行车在运动中的磨损。

进一步的，所述Z轴运动组件还包括：

Z轴导轨，其与所述Z轴安装架活动连接并与所述Y轴导轨在竖直方向上垂直，所述Z轴导轨远离Z轴安装架的一端设置有用于吊装设备的构件，所述Z轴导轨沿其长度方向开设有Z轴导轨凹槽，

Z轴齿条，其嵌设在所述Z轴导轨凹槽内，

Z轴伺服电机，其安装在所述Z轴安装架上，所述Z轴伺服电机与Z轴齿条啮合，通过Z轴伺服电机与Z轴齿条传动来带动所述Z轴导轨沿自身长度方向与Z轴安装架相对运动。

控制组件控制Z轴伺服电机旋转，所述Z轴伺服电机通过与Z轴齿条啮合，在旋转时带动Z轴导轨沿自身长度方向与Z轴安装架相对运动。采用这样的结构，在竖直方向上比起传统的滚轮更容易控制行车位置，能够更加精确地控制行车，减小了行车中的磨损。

进一步的，所述X轴运动组件还包括：X轴减速器，其一端套设在所述X轴伺服电机的输出轴上，另一端与所述所述X轴齿条啮合；

所述Y轴运动组件还包括：Y轴减速器，其一端套设在所述Y轴伺服电机的输出轴上，另一端与所述所述Y轴齿条啮合；

所述Z轴运动组件还包括：Z轴减速器，其一端套设在所述Z轴伺服电机的输出轴上，另一端与所述所述Z轴齿条啮合。

采用这样的结构。能够更加精确地控制行车的运动位置。

进一步的，所述X轴运动组件还包括：

X轴导轨滑块，其设置在所述X轴导轨内并沿X轴导轨长度方向滑动，所述X轴导轨滑块与所述Y轴导轨固定连接。

采用这样的结构，能够更好地在使用中防止磨损。

进一步的，所述Y轴运动组件还包括：

Y轴导轨滑块，其设置在所述Y轴导轨内并沿Y轴导轨长度方向滑动，所述Y轴导轨滑块与所述Z轴安装架固定连接。

进一步的，所述Z轴运动组件还包括：

Z轴导轨滑块，其设置在所述Z轴导轨内并沿Z轴导轨长度方向滑动，所述Z轴导轨滑块与所述Z轴安装架固定连接。

进一步的，所述X轴运动组件还包括：

X轴机械限位，其设置在所述X轴导轨的两端，用于防止Y轴运动组件脱轨。

进一步的，所述Y轴运动组件还包括：

Y轴机械限位，其设置在所述Y轴导轨的两端，用于防止Z轴运动组件脱轨。

进一步的，所述Z轴运动组件还包括：

Z轴机械限位，其设置在所述Z轴导轨的两端，用于防止Z轴运动组件脱轨。

进一步的，所述Z轴运动组件还包括：

线槽拖链，其设置在所述Z轴安装架上，所述线槽拖链内放置有电线，防止Z轴运动组件在运动时磨损电线。

进一步的，所述控制组件包括：

多轴控制器，其用于控制所述X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件，

第一驱动器，其接收多轴控制器的控制信号，并驱动所述X轴伺服电机，

第二驱动器，其接收多轴控制器的控制信号，并驱动Y轴伺服电机，

第三驱动器，其接收多轴控制器的控制信号，并驱动Z轴伺服电机，

X轴限位传感器，其设置在所述X轴导轨上靠近两端的位置，在Y轴运动组件运动到极限位置时将报警发送给多轴控制器，

Y轴限位传感器，其设置在所述Y轴导轨上靠近两端的位置，在Z轴运动组件运动到极限位置时将报警发送给多轴控制器。

采用这样的结构，通过多轴控制器完成系统的调度和指挥，通过对多轴控制器编程产生控制信号，控制X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件按照要求的轨迹、速度和加速度达到空间指定的位置，并控制执行部件执行动作，达到了效率高，维护成本低，造价低，性价比高等效果，使生产更加自动化、安全、可靠、灵活。

进一步的，所述控制组件还包括：

外部手脉，其发送脉冲控制信号给所述多轴控制器，所述外部手脉用于手动操作。

本实用新型的有益效果为：

1.运动精度高，灵活性好，能实现高定位精度和重复定位精度，实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。

2.运动组件磨损小。

3.通过多轴控制器实现自动控制，效率高，使生产更加自动化、安全、可靠、灵活。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型主回路启停控制电路图；

图3为本实用新型控制回路电路图；

附图标记：

1、X轴伺服电机；2、X轴导轨滑块；3、X轴齿条；4、X轴限位传感器；5、X轴机械限位；6、Y轴伺服电机；7、Y轴导轨滑块；8、Y轴齿条；9、Y轴限位传感器；10、Y轴机械限位；11、Z轴伺服电机；12、Z轴导轨滑块；13、Z轴齿条；14、Z轴机械限位；15、立柱；16、固定梁；17、线槽拖链。

具体实施方式

显然，下面所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

一种四轴高精度桁架控制系统，包括桁架、运动组件和控制组件，所述运动组件安装在所述桁架上，所述桁架包括立柱15和固定在立柱15上端的固定梁16，所述运动组件包括：X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件；所述X轴运动组件包括：

X轴导轨，其水平设置在所述固定梁16上，所述X轴导轨沿其长度方向开设有X轴导轨凹槽，

X轴齿条3，其嵌设在所述X轴导轨凹槽内，

X轴伺服电机1，其输出轴与所述X轴齿条3啮合；

所述Y轴运动组件包括：Y轴导轨，其与所述X轴导轨活动连接，所述Y轴导轨与X轴导轨在水平方向上相互垂直，

所述X轴伺服电机1安装在Y轴导轨上，通过X轴伺服电机1与X轴齿条3传动来带动所述Y轴导轨沿X轴导轨长度方向运动。

通过X轴伺服电机1与X轴齿条3啮合，控制组件控制X轴伺服电机1旋转，所述X轴伺服电机1通过与X轴齿条3啮合，在旋转时带动Y轴导轨沿沿X轴导轨长度方向运动。采用伺服电机与齿条啮合传动的方式，比起传统的滚轮更容易控制行车位置，运动精度高，灵活性好，能实现高定位精度和重复定位精度，实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。并且使用了导轨滑动的方式，减小了行车在运动中的磨损。

所述Y轴导轨沿其长度方向开设有Y轴导轨凹槽，所述Y轴运动组件还包括：

Y轴齿条8，其嵌设在所述Y轴导轨凹槽内，

Y轴伺服电机6，其输出轴与所述Y轴齿条8啮合，

所述Z轴运动组件包括：Z轴安装架，其与所述Y轴Y轴导轨活动连接，

所述Y轴伺服电机6安装在所述Z轴安装架上，通过Y轴伺服电机6与Y轴齿条8传动来带动所述Z轴安装架沿Y轴导轨长度方向运动。

控制组件控制Y轴伺服电机6旋转，所述Y轴伺服电机6通过与Y轴齿条8啮合，在旋转时带动Z轴安装架沿Y轴导轨长度方向运动。采用这样的结构，在水平方向上比起传统的滚轮更容易控制行车位置，能够更加精确地控制行车，并且使用了导轨滑动的方式，减小了行车在运动中的磨损。

所述Z轴运动组件还包括：

Z轴导轨，其与所述Z轴安装架活动连接并与所述Y轴导轨在竖直方向上垂直，所述Z轴导轨远离Z轴安装架的一端设置有用于吊装设备的构件，所述Z轴导轨沿其长度方向开设有Z轴导轨凹槽，

Z轴齿条13，其嵌设在所述Z轴导轨凹槽内，

Z轴伺服电机11，其安装在所述Z轴安装架上，所述Z轴伺服电机11与Z轴齿条13啮合，通过Z轴伺服电机11与Z轴齿条13传动来带动所述Z轴导轨沿自身长度方向与Z轴安装架相对运动。

控制组件控制Z轴伺服电机11旋转，所述Z轴伺服电机11通过与Z轴齿条13啮合，在旋转时带动Z轴导轨沿自身长度方向与Z轴安装架相对运动。采用这样的结构，在竖直方向上比起传统的滚轮更容易控制行车位置，能够更加精确地控制行车，减小了行车中的磨损。

所述X轴运动组件还包括：X轴减速器，其一端套设在所述X轴伺服电机1的输出轴上，另一端与所述所述X轴齿条3啮合；

所述Y轴运动组件还包括：Y轴减速器，其一端套设在所述Y轴伺服电机6的输出轴上，另一端与所述所述Y轴齿条8啮合；

所述Z轴运动组件还包括：Z轴减速器，其一端套设在所述Z轴伺服电机11的输出轴上，另一端与所述所述Z轴齿条13啮合。

采用这样的结构。能够更加精确地控制行车的运动位置。

所述X轴运动组件还包括：

X轴导轨滑块2，其设置在所述X轴导轨内并沿X轴导轨长度方向滑动，所述X轴导轨滑块2与所述Y轴导轨固定连接。

采用这样的结构，能够更好地在使用中防止磨损。

所述Y轴运动组件还包括：

Y轴导轨滑块7，其设置在所述Y轴导轨内并沿Y轴导轨长度方向滑动，所述Y轴导轨滑块7与所述Z轴安装架固定连接。

所述Z轴运动组件还包括：

Z轴导轨滑块12，其设置在所述Z轴导轨内并沿Z轴导轨长度方向滑动，所述Z轴导轨滑块12与所述Z轴安装架固定连接。

所述X轴运动组件还包括：

X轴机械限位5，其设置在所述X轴导轨的两端，用于防止Y轴运动组件脱轨。

所述Y轴运动组件还包括：

Y轴机械限位10，其设置在所述Y轴导轨的两端，用于防止Z轴运动组件脱轨。

所述Z轴运动组件还包括：

Z轴机械限位14，其设置在所述Z轴导轨的两端，用于防止Z轴运动组件脱轨。

所述Z轴运动组件还包括：

线槽拖链17，其设置在所述Z轴安装架上，所述线槽拖链17内放置有电线，防止Z轴运动组件在运动时磨损电线。

所述控制组件包括：

多轴控制器，其用于控制所述X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件，

第一驱动器，其接收多轴控制器的控制信号，并驱动所述X轴伺服电机1，

第二驱动器，其接收多轴控制器的控制信号，并驱动Y轴伺服电机6，

第三驱动器，其接收多轴控制器的控制信号，并驱动Z轴伺服电机11，

X轴限位传感器4，其设置在所述X轴导轨上靠近两端的位置，在Y轴运动组件运动到极限位置时将报警发送给多轴控制器，

Y轴限位传感器9，其设置在所述Y轴导轨上靠近两端的位置，在Z轴运动组件运动到极限位置时将报警发送给多轴控制器。

采用这样的结构，通过多轴控制器完成系统的调度和指挥，通过对多轴控制器编程产生控制信号，控制X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件按照要求的轨迹、速度和加速度达到空间指定的位置，并控制执行部件执行动作，达到了效率高，维护成本低，造价低，性价比高等效果，使生产更加自动化、安全、可靠、灵活。

所述控制组件还包括：

外部手脉，其发送脉冲控制信号给所述多轴控制器，所述外部手脉用于手动操作。

实施例2

如图2、图3所示，本实施例与实施例1的区别在于包括实施例1中装置的电气控制元件。

本实施例包括：断路器，其一端连接AC380V电源，另一端连接主回路控制元件，并为所述第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、X轴伺服电机1、Y轴伺服电机6、Z轴伺服电机11供电。

所述主回路控制元件包括：SB启动、SB停止、KM，

所述KM的主触点分别连接从断路器引出的三路火线L1、L2、L3，KM的线圈触点A1连接从断路器引出的一路火线，KM的线圈触点A2连接SB(启动)常开触点的一端和KM的辅助常开触点的一端；

所述SB(启动)常开触点的另一端分别连接SB(停止)常闭触点的一端和连接KM是辅助常开触点的另一端；

所述SB(停止)常闭触点的另一端连接从断路器引出的零线N。

采用这样的连接方式，按下SB(启动)按钮后启动本实用新型的供电主回路，按下SB(停止)后断开本实用新型的供电主回路。

本实施例还包括：第一开关电源、第二开关电源。

所述第一开关电源的输入端连接从KM的主触点引出的火线，第一开关电源分别为所述X轴限位传感器(4)和Y轴限位传感器(9)供电；

所述第二开关电源的输入端连接从KM的主触点引出的火线，所述第二开关电源分别为外部手脉、多轴控制器供电。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种四轴高精度桁架控制系统，包括桁架、运动组件和控制组件，所述运动组件安装在所述桁架上，所述桁架包括立柱(15)和固定在立柱(15)上端的固定梁(16)，所述运动组件包括：X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件；其特征在于，所述X轴运动组件包括：

X轴导轨，其水平设置在所述固定梁(16)上，所述X轴导轨沿其长度方向开设有X轴导轨凹槽，

X轴齿条(3)，其嵌设在所述X轴导轨凹槽内，

X轴伺服电机(1)，其输出轴与所述X轴齿条(3)啮合；

所述Y轴运动组件包括：Y轴导轨，其与所述X轴导轨活动连接，所述Y轴导轨与X轴导轨在水平方向上相互垂直，

所述X轴伺服电机(1)安装在Y轴导轨上，通过X轴伺服电机(1)与X轴齿条(3)传动来带动所述Y轴导轨沿X轴导轨长度方向运动。

2.根据权利要求1所述的一种四轴高精度桁架控制系统，其特征在于，所述Y轴导轨沿其长度方向开设有Y轴导轨凹槽，所述Y轴运动组件还包括：

Y轴齿条(8)，其嵌设在所述Y轴导轨凹槽内，

Y轴伺服电机(6)，其输出轴与所述Y轴齿条(8)啮合，

所述Z轴运动组件包括：Z轴安装架，其与所述Y轴Y轴导轨活动连接，

所述Y轴伺服电机(6)安装在所述Z轴安装架上，通过Y轴伺服电机(6)与Y轴齿条(8)传动来带动所述Z轴安装架沿Y轴导轨长度方向运动。

3.根据权利要求2所述的一种四轴高精度桁架控制系统，其特征在于，所述Z轴运动组件还包括：

Z轴导轨，其与所述Z轴安装架活动连接并与所述Y轴导轨在竖直方向上垂直，所述Z轴导轨沿其长度方向开设有Z轴导轨凹槽，

Z轴齿条(13)，其嵌设在所述Z轴导轨凹槽内，

Z轴伺服电机(11)，其安装在所述Z轴安装架上，所述Z轴伺服电机(11)与Z轴齿条(13)啮合，通过Z轴伺服电机(11)与Z轴齿条(13)传动来带动所述Z轴导轨沿自身长度方向与Z轴安装架相对运动。

4.根据权利要求1所述的一种四轴高精度桁架控制系统，其特征在于，所述X轴运动组件还包括：

X轴导轨滑块(2)，其设置在所述X轴导轨内并沿X轴导轨长度方向滑动，所述X轴导轨滑块(2)与所述Y轴导轨固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种四轴高精度桁架控制系统，其特征在于，所述Y轴运动组件还包括：

Y轴导轨滑块(7)，其设置在所述Y轴导轨内并沿Y轴导轨长度方向滑动，所述Y轴导轨滑块(7)与所述Z轴安装架固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种四轴高精度桁架控制系统，其特征在于，所述Z轴运动组件还包括：

Z轴导轨滑块(12)，其设置在所述Z轴导轨内并沿Z轴导轨长度方向滑动，所述Z轴导轨滑块(12)与所述Z轴安装架固定连接。

7.根据权利要求3所述的一种四轴高精度桁架控制系统，其特征在于，所述X轴运动组件还包括：X轴机械限位(5)，其设置在所述X轴导轨的两端；所述Y轴运动组件还包括：Y轴机械限位(10)，其设置在所述Y轴导轨的两端，所述Z轴运动组件还包括：Z轴机械限位(14)，其设置在所述Z轴导轨的两端。

8.根据权利要求3所述的一种四轴高精度桁架控制系统，其特征在于，所述控制组件包括：

多轴控制器，其用于控制所述X轴运动组件、Y轴运动组件和Z轴运动组件，

第一驱动器，其接收多轴控制器的控制信号，并驱动所述X轴伺服电机(1)，

第二驱动器，其接收多轴控制器的控制信号，并驱动Y轴伺服电机(6)，

第三驱动器，其接收多轴控制器的控制信号，并驱动Z轴伺服电机(11)。

9.根据权利要求1所述的一种四轴高精度桁架控制系统，其特征在于，所述控制组件还包括：

X轴限位传感器(4)，其设置在所述X轴导轨上靠近两端的位置，在Y轴运动组件运动到极限位置时将报警发送给多轴控制器，

Y轴限位传感器(9)，其设置在所述Y轴导轨上靠近两端的位置，在Z轴运动组件运动到极限位置时将报警发送给多轴控制器。

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