一种四工位式工业场景运动控制应用培训实践平台

摘要

本发明公开了一种四工位式工业场景运动控制应用培训实践平台，包括桌体结构，边沿共构成四个操控桌；场景模拟机构，四个操控桌各自顶部之间的位置设有工作台，工作台上设有场景模拟机构；场景模拟机构包括一个中部周转机构组、四个侧面周转机构组；四个侧面周转机构组呈环形阵列布置，中部周转机构组、四个侧面周转机构组各自均包括二轴机械手；侧面周转机构组还具备固定于工作台上的旋转托盘、直线传送带；中部周转机构组包括闭环轨道，闭环轨道的自身轨迹线呈圆角矩形，闭环轨道上活动装配有四个滑台，所有滑台由闭环式的传动带驱动。采用此发明采用四加一模式，各工位之间协调、周转高效，是一个合理性较高自动化教具。

说明书

技术领域

本发明涉及智能职业培训设备领域，具体涉及一种四工位式工业场景运动控制应用培训实践平台。

背景技术

随着智能制造发展过程中数据化的要求越来越高，在自动化设备中对于复杂数据的采集、处理和分析的场景要求也越来越多。包括复杂的运动路径要求，传统的运动控制不能充分的满足此类要求，在这种背景下，基于PC的运动控制，以高级语言(C++/C#)作为软件平台，以运动控制卡作为控制器，以工控机作为集成载体的新一代控制系统越来越多的被使用，该类的技术人员越来越短缺。但是此项技术在大中专院校中属于机电系和信息系的交叉学科，目前并无开设对应的专业，并且目前市面上并无此类相对成熟的培训实践平台，大多是公司内部根据需求自行匹配，专用性、专业性不强，教学展示功能不足。

发明内容

本发明要解决的问题在于提供一种四工位式工业场景运动控制应用培训实践平台，采用四加一模式，各工位之间协调、周转高效，是一个合理性较高自动化教具。

为解决上述问题，本发明提供一种四工位式工业场景运动控制应用培训实践平台，为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种四工位式工业场景运动控制应用培训实践平台，包括：桌体结构，边沿共构成四个操控桌，相邻的操控桌相互垂直摆放；场景模拟机构，四个操控桌各自顶部之间的位置设有工作台，工作台上设有场景模拟机构；场景模拟机构包括一个中部周转机构组、四个侧面周转机构组；四个侧面周转机构组呈环形阵列布置，中部周转机构组、四个侧面周转机构组各自均包括二轴机械手；侧面周转机构组还具备固定于工作台上的旋转托盘、直线传送带；中部周转机构组包括闭环轨道，闭环轨道的自身轨迹线呈圆角矩形，闭环轨道上活动装配有四个滑台，所有滑台由一个闭环式的传动带驱动。

采用上述技术方案的有益效果是：整个设备结构使用四加一的整体设计思路，四个常规工位配置功能相同，包括运动控制单元、模拟量控制单元、插补轨迹平台、物料综合处理平台、功能抽屉。常规工位满足八个人同时上课，两人一组通过单面实现初中等级的训练课程。中间区域为量测工艺的区，通过环形导轨上的定位载具和工位实现交互。常规工位完成后可以将最终成品送入环形轨道载具，进行检测和数据分析，并将结果反馈给对应工位。实现单体训练和系统的集成发的柔性培训解决方案。

本技术方案填补了细分行业的空白，为基于PC的运动控制学科新建提供硬件和软件平台。四个工位底层培训知识点相同，涵盖了运动控制的组装、复杂轨迹运动和I/O逻辑运算。公共部分采用环形轨道加载具的模式，串接起四个工位，同时满足视觉检测工艺执行和不同工位的系统集成。增加了整体设备利用率。负责轨迹采用独立第三方运动控制器，增加了交互性。

中部周转机构组起到协助四个侧面周转机构组的作用。闭环轨道可以让四个工位的滑台都是同步运动的，控制变量。整体成本低，运动控制精准。旋转托盘可以实现小工件的角度朝向的转换，直线传送带则可以实现多个小工件的单排排序，可以和侧面周转机构组搭配使用。

作为本发明的进一步改进，侧面周转机构组包括龙门架，龙门架上固定有第一水平直线模组，第一水平直线模组垂直装配有第二水平直线模组，第二水平直线模组装配有竖向气缸，竖向气缸具备夹具。

采用上述技术方案的有益效果是：每个侧面周转机构组服务一个工位，夹具夹起工件，至少具备三个直线自由度，实现工件的周转与演示。

作为本发明的更进一步改进，侧面周转机构组还包括位于工作台上的固定托盘，直线传送带位于固定托盘、旋转托盘之间，旋转托盘具备绕自身竖向轴线的旋转自由度，直线传送带的长度方向与第二水平直线模组的长度方向平行，第一水平直线模组的长度方向与相邻操控桌的长度方向平行。

采用上述技术方案的有益效果是：固定托盘空间位置固定，可以摆放若干个工件，可以作为组装平台。直线传送带的长度要与一个直线模组平行，方便工件的排队摆放。

作为本发明的又进一步改进，中部周转机构组包括位于闭环轨道内的立柱，立柱的顶部固定有第三水平直线模组，第三水平直线模组垂直装配有第四水平直线模组，第四水平直线模组上具备CCD相机和环形光源。

采用上述技术方案的有益效果是：CCD相机和环形光源可以利用机器视觉对工件进行观察。中部搭建了一个测量功能区，进行产品的精密检测。

作为本发明的又进一步改进，传动带位于闭环轨道内，传动带所包围的工作台上还具备一个摆料平台，传动带的内圈接触有四个滚轮，滑台的一侧与传动带固定。

采用上述技术方案的有益效果是：圆角矩形的闭环轨道，被滚轮限位的传动带的轨迹严格说也是圆角矩形，但是传动带本质是柔性的，与滑台的固定可以适当形变。对装配要求低。

作为本发明的又进一步改进，闭环轨道包括交替相连的直线段、圆弧段，相连两个滚轮之间的连线与相邻闭环轨道的直线段平行。

采用上述技术方案的有益效果是：滑台如果要在相邻工位间周转，也是可以实现的。

作为本发明的又进一步改进，闭环轨道外设有四个导杆，导杆上垂直套有向上延伸的定位销，定位销具备沿导杆轴向和周向的活动自由度；定位销的顶部具备转轮，滑台的一侧边沿具备供转轮容纳的缺口。

采用上述技术方案的有益效果是：定位销可以在导杆轴向和周向微调，从而确定最佳的位置，定位销对滑台在某一处起到限位作用。转轮与缺口搭配使用，兼顾了滑台的移动与限位。

作为本发明的又进一步改进，工作台上具备若干条平行的T型槽，工作台的四角处设有安全光栅。

采用上述技术方案的有益效果是：T型槽可以供工作台上众多的设备装配和调整位置。安全光栅提升了操作的安全性。

作为本发明的又进一步改进，操控桌包括与工作台边沿相接触的倾斜板，倾斜板上具备交互屏和按钮组，倾斜板在交互屏和按钮组之间具备凹陷的水平台，水平台供键盘和鼠标摆放；相邻操控桌的倾斜板之间呈夹角相连有三角形板，三角形板上设有标识。

采用上述技术方案的有益效果是：倾斜板让交互屏和按钮组的斜朝上朝向，人机工程更好。三角形板起到密封过渡作用，标识也可以区分各工位位置。

作为本发明的又进一步改进，操控桌在倾斜板下方设有传感器功能抽屉、文件抽屉，传感器功能抽屉、文件抽屉的同一侧设有内凹区，内凹区的内部设有电气装配板。

采用上述技术方案的有益效果是：设置了功能抽屉，提升收纳能力。避让腿部的内凹区同时也为各类电气元件提供装配位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施方式的立体图；

图2是本发明一种实施方式的场景模拟机构的立体图；

图3是本发明一种实施方式的侧面周转机构组的立体图；

图4是本发明一种实施方式的侧面周转机构组的立体图；

图5是本发明一种实施方式的中部周转机构组的立体图；

图6是本发明一种实施方式的E处局部放大图；

图7是本发明一种实施方式的中部周转机构组的立体图。

1-操控桌；2-T型槽；3-传感器功能抽屉；4-文件抽屉；5-交互屏；6-按钮组；7-倾斜板；8-水平台；9-内凹区；10-电气装配板；11-三角形板；12-标识；13-侧面周转机构组；14-安全光栅；15-旋转托盘；16-固定托盘；17-龙门架；18-直线传送带；19-夹具；20-第一水平直线模组；21-第二水平直线模组；22-竖向气缸；23-中部周转机构组；24-CCD相机；25-环形光源；26-摆料平台；27-立柱；28-第三水平直线模组；29-第四水平直线模组；30-闭环轨道；31-滚轮；32-传动带；33-滑台；34-直线段；35-圆弧段；36-导杆；37-定位销；38-转轮；39-缺口。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：

为了达到本发明的目的，一种四工位式工业场景运动控制应用培训实践平台，包括：桌体结构，边沿共构成四个操控桌1，相邻的操控桌1相互垂直摆放；场景模拟机构，四个操控桌1各自顶部之间的位置设有工作台，工作台上设有场景模拟机构；场景模拟机构包括一个中部周转机构组23、四个侧面周转机构组13；四个侧面周转机构组13呈环形阵列布置，中部周转机构组23、四个侧面周转机构组13各自均包括二轴机械手；侧面周转机构组13还具备固定于工作台上的旋转托盘15、直线传送带18；中部周转机构组23包括闭环轨道30，闭环轨道30的自身轨迹线呈圆角矩形，闭环轨道30上活动装配有四个滑台33，所有滑台33由一个闭环式的传动带32驱动。

采用上述技术方案的有益效果是：整个设备结构使用四加一的整体设计思路，四个常规工位配置功能相同，包括运动控制单元、模拟量控制单元、插补轨迹平台、物料综合处理平台、功能抽屉。常规工位满足八个人同时上课，两人一组通过单面实现初中等级的训练课程。中间区域为量测工艺的区，通过环形导轨上的定位载具和工位实现交互。常规工位完成后可以将最终成品送入环形轨道载具，进行检测和数据分析，并将结果反馈给对应工位。实现单体训练和系统的集成发的柔性培训解决方案。本技术方案填补了细分行业的空白，为基于PC的运动控制学科新建提供硬件和软件平台。四个工位底层培训知识点相同，涵盖了运动控制的组装、复杂轨迹运动和I/O逻辑运算。公共部分采用环形轨道加载具的模式，串接起四个工位，同时满足视觉检测工艺执行和不同工位的系统集成。增加了整体设备利用率。负责轨迹采用独立第三方运动控制器，增加了交互性。中部周转机构组起到协助四个侧面周转机构组的作用。闭环轨道可以让四个工位的滑台都是同步运动的，控制变量。整体成本低，运动控制精准。旋转托盘可以实现小工件的角度朝向的转换，直线传送带则可以实现多个小工件的单排排序，可以和侧面周转机构组搭配使用。

在本发明的另一些实施方式中，如图3所示，侧面周转机构组13包括龙门架17，龙门架17上固定有第一水平直线模组20，第一水平直线模组20垂直装配有第二水平直线模组21，第二水平直线模组21装配有竖向气缸22，竖向气缸22具备夹具19。

采用上述技术方案的有益效果是：每个侧面周转机构组服务一个工位，夹具夹起工件，至少具备三个直线自由度，实现工件的周转与演示。

在本发明的另一些实施方式中，侧面周转机构组还包括位于工作台上的固定托盘，直线传送带18位于固定托盘16、旋转托盘15之间，旋转托盘15具备绕自身竖向轴线的旋转自由度，直线传送带18的长度方向与第二水平直线模组21的长度方向平行，第一水平直线模组20的长度方向与相邻操控桌1的长度方向平行。

采用上述技术方案的有益效果是：固定托盘空间位置固定，可以摆放若干个工件，可以作为组装平台。直线传送带的长度要与一个直线模组平行，方便工件的排队摆放。

在本发明的另一些实施方式中，如图5所示，中部周转机构组23包括位于闭环轨道30内的立柱27，立柱27的顶部固定有第三水平直线模组28，第三水平直线模组28垂直装配有第四水平直线模组29，第四水平直线模组29上具备CCD相机24和环形光源25。

采用上述技术方案的有益效果是：CCD相机和环形光源可以利用机器视觉对工件进行观察。中部搭建了一个测量功能区，进行产品的精密检测。

在本发明的另一些实施方式中，传动带32位于闭环轨道30内，传动带32所包围的工作台上还具备一个摆料平台26，传动带32的内圈接触有四个滚轮31，滑台33的一侧与传动带32固定。

采用上述技术方案的有益效果是：圆角矩形的闭环轨道，被滚轮限位的传动带的轨迹严格说也是圆角矩形，但是传动带本质是柔性的，与滑台的固定可以适当形变。对装配要求低。

在本发明的另一些实施方式中，闭环轨道30包括交替相连的直线段34、圆弧段35，相连两个滚轮31之间的连线与相邻闭环轨道30的直线段34平行。

采用上述技术方案的有益效果是：滑台如果要在相邻工位间周转，也是可以实现的。

在本发明的另一些实施方式中，闭环轨道30外设有四个导杆36，导杆36上垂直套有向上延伸的定位销37，定位销37具备沿导杆36轴向和周向的活动自由度；定位销37的顶部具备转轮38，滑台33的一侧边沿具备供转轮38容纳的缺口39。

采用上述技术方案的有益效果是：定位销可以在导杆轴向和周向微调，从而确定最佳的位置，定位销对滑台在某一处起到限位作用。转轮与缺口搭配使用，兼顾了滑台的移动与限位。

在本发明的另一些实施方式中，工作台上具备若干条平行的T型槽2，工作台的四角处设有安全光栅14。

采用上述技术方案的有益效果是：T型槽可以供工作台上众多的设备装配和调整位置。安全光栅提升了操作的安全性。

在本发明的另一些实施方式中，操控桌1包括与工作台边沿相接触的倾斜板7，倾斜板7上具备交互屏5和按钮组6，倾斜板7在交互屏5和按钮组6之间具备凹陷的水平台8，水平台8供键盘和鼠标摆放；相邻操控桌1的倾斜板7之间呈夹角相连有三角形板11，三角形板11上设有标识12。

采用上述技术方案的有益效果是：倾斜板让交互屏和按钮组的斜朝上朝向，人机工程更好。三角形板起到密封过渡作用，标识也可以区分各工位位置。

在本发明的另一些实施方式中，操控桌1在倾斜板7下方设有传感器功能抽屉3、文件抽屉4，传感器功能抽屉3、文件抽屉4的同一侧设有内凹区9，内凹区9的内部设有电气装配板10。

采用上述技术方案的有益效果是：设置了功能抽屉，提升收纳能力。避让腿部的内凹区同时也为各类电气元件提供装配位置。

控制系统包括四个独立控制面设施独立的PLC控制模块，包括运动模块、I/O模块、运动控制模块、模拟量模块、通讯模块和高速计数模块；独立工控机；独立的触摸屏；公共模块设置单独的控制单元、装配单元、视觉单元和物流运转单元。五个模块可以组成局域网，实现系统的整体集成。

本发明定位为基于PC运动控制的综合能力培养的实践平台，以典型运动控制工艺为场景，集合了装配工艺、I/O逻辑控制、第三方通讯、复杂插补轨迹，量测工艺和数据处理等目前主流工业应用场景，给受训者这提供充分的训练平台。覆盖初中高三个等级的培训需求。将为大中专类院校提供此类学科的筹建基础，同时为产业技术培训需求提供技术支撑。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。