一种四轴运动控制教学实训系统技术方案

本实用新型专利技术涉及机电教学设备技术领域，尤其涉及一种四轴运动控制教学实训系统，包括实训系统平台，电气控制机构，机械运动机构和软件控制机构，所述电气控制机构包括电源，运动控制器，直线电机驱动器，伺服电机驱动器，检测传感器和运动滑台；所述运动控制器与直线电机驱动器、伺服电机驱动器通过实时工业以太网进行通信。本实用新型专利技术不但配有典型的四轴实物控制对象，可完成基于运动控制卡控制的激光路线控制项目式实训；还配有各种典型的3D虚拟控制对象，既可以作为在实物控制对象实训前的预练习项目，以免对编程系统不熟悉而缩短实物对象寿命；也可以在不增加硬件投入的情况下扩展了不同工业对象的项目实训范围。

A four axis motion control teaching training system

【技术实现步骤摘要】
一种四轴运动控制教学实训系统
本技术涉及机电教学设备
，尤其涉及一种基于实时工业以太网的四轴运动控制教学实训系统。
技术介绍
运动控制一般是指对运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动，实现运动机械装置按预期的轨迹和规定的运动参数(如速度、转矩等)完成相应的精确动作，以满足生产工艺及其他应用的需要。作为先进工业自动化产业的一个重要品类，运动控制技术在工业机器人、数控机床、电子、包装、印刷、纺织和装配等工业中应用广泛。另外，在这新一轮工业互联网的建设大潮下，伺服电机的控制端正在以传统的脉冲系统、模拟系统等方式，朝着网络化趋势发展。市场现有的运动控制教学装置具有以下局限：1)单独采用伺服电机系统或直线电机系统，缺少两者兼顾综合的系统；2)以传统的脉冲和模拟系统居多，工业网络控制形式的较少；3)没有实物控制对象，不方便学生理解相关技术的实际工业应用场景；4)为单一的实物控制对象，限制了学生对不同类型的典型实际工业应用对象编程训练项目。
技术实现思路
本技术为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种基于实时工业以太网的四轴运动控制教学实训系统。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种四轴运动控制教学实训系统，包括实训系统平台，电气控制机构，机械运动机构和软件控制机构，所述电气控制机构包括电源，运动控制器，直线电机驱动器，伺服电机驱动器，检测传感器和运动滑台；所述运动控制器与直线电机驱动器、伺服电机驱动器通过实时工业以太网进行通信；所述机械运动机构为由X轴、Y轴、Z轴和旋转轴组成的四轴运动系统；所述软件控制机构由实物机械对象系统控制程序和虚拟对象控制程序组成。本技术的四轴运动控制教学实训系统中运动控制器和驱动器采用了实时工业以太网通讯方式，进行直线电机和伺服电机的直线插补、圆弧插补、螺旋线和空间圆弧插补、主从运动等控制，符合运动控制产业的网络化发展趋势，紧跟工业实际应用。不但配有典型的四轴实物控制对象，可完成基于运动控制卡控制的激光路线控制项目式实训；还配有各种典型的3D虚拟控制对象，既可以作为在实物控制对象实训前的预练习项目，以免对编程系统不熟悉而缩短实物对象寿命；也可以在不增加硬件投入的情况下扩展了不同工业对象的项目实训范围。所述电源提供有装置工作所需的AC220V、DC24V电源。作为优选，所述实物机械对象系统控制程序包括网络配置文件、各轴参数配置程序、手动控制程序、自动加工路径程序和人机操作界面程序；所述虚拟对象控制程序包括3D虚拟机械对象和自定义3D对象文档，所述自定义3D对象文档可由用户实时导入，便于扩展实现对多种不同工艺的虚拟对象的编程控制。作为优选，所述3D虚拟机械对象包括直角坐标机械手，多关节机械手和SCARA机械手。既有直线电机控制系统，又有交流伺服控制系统，综合性强。作为优选，所述X轴和Y轴采用直线电机驱动，所述Z轴和旋转轴采用伺服电机驱动。作为优选，所述机械运动机构设有金属底板，所述金属底板上方垂直设有龙门架；所述X轴与Y轴垂直上下交叉固定于龙门架与金属底板之间，所述X轴设有工作台面，所述Z轴和旋转轴固定于龙门架上，所述旋转轴上设有激光发射装置，用于激光加工模拟。作为优选，所述X轴和Y轴的滑台位置设有光栅位移传感器，所述Z轴和旋转轴设有与伺服电机同轴的光电编码器；所述X轴、Y轴、Z轴和旋转轴均设有限位传感器。X轴及Y轴滑台设有光栅位移传感器实时检测当前滑台运动位置，并将信号反馈给直线电机驱动器；Z轴和旋转轴的位置由与伺服电机同轴的光电编码器检测，并将信号反馈给伺服电机驱动器；各轴运动部件均设有限位位置传感器，并将信号反馈给运动控制器。电气控制机构主要部件结构框图如图1所示。作为优选，所述实训系统平台上部设有封闭的防护墙，所述机械运动机构设于防护墙内；所述实训系统平台下部设有柜体，所述柜体设有透明柜门。封闭的防护墙在设备运行时可对操作者进行有效保护。作为优选，所述柜体的材质为冷轧钢板，所述柜体底部设有万向轮，方便设备的移动布局。作为优选，所述防护墙由铝合金型材框架和透明玻璃板构成，所述防护墙设有防护门。防护墙墙体采用透明材质，方便运行时观察运行状态，防护门设计，便于装拆模拟加工对象。因此，本技术具有如下有益效果：(1)既有直线电机控制系统，又有交流伺服控制系统，综合性强；(2)运动控制器和驱动器采用了实时工业以太网通讯方式，进行直线电机和伺服电机的直线插补、圆弧插补、螺旋线和空间圆弧插补、主从运动等控制。符合运动控制产业的网络化发展趋势，紧跟工业实际应用；(3)不但配有典型的四轴实物控制对象，可完成基于运动控制卡控制的激光路线控制项目式实训；还配有各种典型的3D虚拟控制对象，既可以作为在实物控制对象实训前的预练习项目，以免对编程系统不熟悉而缩短实物对象寿命；也可以在不增加硬件投入的情况下扩展了不同工业对象的项目实训范围。附图说明图1是电气控制系统主要部件的结构框图图2是本技术一个具体实施方式的结构示意图。图3是机械运动机构的立体结构示意图。图4是图3的侧视图。图中：实训系统平台1，机械运动机构2，铝合金型材框架3，透明玻璃板4，防护门5，冷轧钢板材质柜体6，透明柜门7，万向轮8，X轴9，Y轴10，工作台面11，Z轴12，旋转轴13，金属底板14，龙门架15，激光发射装置16，直线电机17，伺服电机18。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本技术的技术方案作进一步具体的说明。如图1所示，一种四轴运动控制教学实训系统，包括实训系统平台1，电气控制机构，机械运动机构2和软件控制机构，实训系统平台上部设有由铝合金型材框架3和透明玻璃板4构成的封闭的防护墙，所述防护墙设有防护门5；机械运动机构设于防护墙内；实训系统平台下部设有带透明柜门7的冷轧钢板材质柜体6，柜体底部设有万向轮8。电气控制机构主要部件结构框图如图2所示。电气控制系统主要设有电源系统、运动控制器、直线电机驱动器及电机驱动的滑台、伺服电机驱动器及其电机驱动的部件、各种检测传感器等。电源系统提供有装置工作所需的AC220V、DC24V电源；运动控制器与直线电机驱动器、伺服电机驱动器通过实时工业以太网进行通信。软件控制系统包括实物机械对象系统的控制程序和虚拟对象的控制程序两部分组成。实物机械对象系统的控制程序包括网络配置文件、各轴参数配置程序、手动控制程序、自动加工路径程序、人机操作界面程序等。虚拟对象的控制程序提供样例3D虚拟机械对象(如直接坐标机械手、多关节机械手等)，也支持用户导入自定义3D对象文档，便于扩展实现对多种不同工艺的虚拟对象的编程控制。如图3和图4所示，机械运动机构为由X轴9、Y轴10、Z轴12和旋转轴13组成的四轴运动系统，X轴和Y轴采用直线电机17驱动，所述Z轴和旋转轴采用伺服电机18驱动，机械运动机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四轴运动控制教学实训系统，其特征在于，包括实训系统平台，电气控制机构，机械运动机构和软件控制机构，所述电气控制机构包括电源，运动控制器，直线电机驱动器，伺服电机驱动器，检测传感器和运动滑台；所述运动控制器与直线电机驱动器、伺服电机驱动器通过实时工业以太网进行通信；所述机械运动机构为由X轴、Y轴、Z轴和旋转轴组成的四轴运动系统；所述软件控制机构由实物机械对象系统控制程序和虚拟对象控制程序组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种四轴运动控制教学实训系统，其特征在于，包括实训系统平台，电气控制机构，机械运动机构和软件控制机构，所述电气控制机构包括电源，运动控制器，直线电机驱动器，伺服电机驱动器，检测传感器和运动滑台；所述运动控制器与直线电机驱动器、伺服电机驱动器通过实时工业以太网进行通信；所述机械运动机构为由X轴、Y轴、Z轴和旋转轴组成的四轴运动系统；所述软件控制机构由实物机械对象系统控制程序和虚拟对象控制程序组成。


2.根据权利要求1所述的一种四轴运动控制教学实训系统，其特征在于，所述实物机械对象系统控制程序包括网络配置文件、各轴参数配置程序、手动控制程序、自动加工路径程序和人机操作界面程序；所述虚拟对象控制程序包括3D虚拟机械对象和自定义3D对象文档。


3.根据权利要求2所述的一种四轴运动控制教学实训系统，其特征在于，所述3D虚拟机械对象包括直角坐标机械手，多关节机械手和SCARA机械手。


4.根据权利要求1所述的一种四轴运动控制教学实训系统，其特征在于，所述X轴和Y轴采用直线电机驱动，所述Z轴和旋转轴采用伺服电机驱动。

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【专利技术属性】
技术研发人员：秦邦，黄智浩，方猛，张凯，王星，张润，王金才，
申请(专利权)人：杭州仪迈科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33