多模块柔性化机电一体化通用教学平台
技术领域
本实用新型涉及机电一体化技术领域，特别涉及一种多模块柔性化机电一体化通用教学平台。
背景技术
当今时代，智能制造技术在飞速发展，然而，智能制造技术的发展离不开机电一体化技术的支撑，机电一体化技术涵盖机械技术、执行驱动技术、传感与检测技术、计算机与信息处理技术、控制技术等。
目前，国内高职院校和应用型本科院校在机电一体化领域的人才培养过程中，由于教学实训设备的限制，未能很好地让学生系统全面地掌握机电一体化技术，培养的学生中出现了技能单一的情况。
为了改善这种情况，让学生满足技术发展的需要，必须使学生系统全面地掌握机电一体化的相关技术。因此，开发全面涵盖机电一体化技术的教学产品及实训设备非常重要。
此外，各高职高校及应用型本科院校机电一体化相关专业教材与教学内容难以与实际需要结合，不能形成统一的可复制的教学模式，难以及时进行设备的升级，因此，迫切需要柔性化、模块化的机电一体化教学平台。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提出一种涵盖有典型的机械传动系统和控制系统，并开发有内容丰富的配套教材，满足院校及社会需求的多模块柔性化机电一体化通用教学平台。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种多模块柔性化机电一体化通用教学平台，包括：设备机架，安装于所述设备机架上的多控制系统，与所述多控制系统连接的操作系统、同步带传动模块、多减速传动模块、直流导轨往复运动模块、二维移动平台运动模块，其中，所述同步带传动模块、多减速传动模块、直流导轨往复运动模块、二维移动平台运动模块可拆卸安装于所述设备机架上。
本实用新型进一步的技术方案是，所述同步带传动模块包括：三相异步减速电机、直流测速发电机、第一联轴器、同步带、斜齿轮、蜗杆、蜗轮、码盘、锥齿轮传动机构、航空插盒；
所述三相异步减速电机通过所述第一联轴器，带动同步带运动，所述斜齿轮末端输出安装所述直流测速发电机，所述涡轮的输出轴上安装第一指针，通过所述码盘显示出速度，所述蜗杆的输出轴安装所述锥齿轮传动机构，带动第二指针运动，通过与所述第一指针做比较，得出不同的速度。
本实用新型进一步的技术方案是，所述多减速传动模块包括伺服电机、减速器、同步带传动机构、滑块指针、以及与所述同步带传动机构对应的标尺和第二码盘；
所述伺服电机通过所述减速器，经所述同步带传动机构，带动所述滑块指针和所述第二码盘上的指针运动，所述第二码盘上的光传感器用于原点信号和计数功能。
本实用新型进一步的技术方案是，所述伺服电机的下面安装有可移动滑道，用于安装不同尺寸类型的减速器。
本实用新型进一步的技术方案是，所述减速器为谐波减速器、或者RV减速器。
本实用新型进一步的技术方案是，所述直流导轨往复运动模块包括两条直线导轨，和可在所述两条直线导轨上滑动的直线导轨往复运动模块框架，所述直线导轨往复运动模块框架上安装有直流减速电机、齿轮传动机构、链传动机构、槽轮间歇机构、圆柱齿轮传动机构和齿条，所述齿条的两侧有硬限位块；
所述直流减速电机驱动所述齿轮传动机构，带动所述链传动机构、槽轮间隙机构动作，输出到所述圆柱齿轮传动机构，带动所述齿条传动，使得所述直线导轨往复运动模块框架在所述两条直线导轨上移动。
本实用新型进一步的技术方案是，所述二维移动平台运动模块包括两条步进模块直线导轨、滚珠丝杠螺母副、步进电机；
所述步进模块直线导轨的一端设置有第二联轴器，所述步进电机通过所述第二联轴器带动所述滚珠丝杠螺母副在所述两条步进模块直线导轨上运动。
本实用新型进一步的技术方案是，所述操作系统为人机界面显示操作系统或者按钮操作系统，所述人机界面显示操作系统包括显示器，所述显示器通过显示器支架可调节安装于所述设备机架上，所述按钮操作系统嵌设于所述设备机架内。
本实用新型进一步的技术方案是，所述设备机架采用一体化铝合金型材搭建而成，所述设备机架的四角采用半圆弧铝合金型材，所述设备机架的底部安装有万向轮。
本实用新型进一步的技术方案是，所述设备机架内安装有挡板，所述挡板的倾斜度可调，所述多控制系统安装于所述挡板上，所述挡板上安装有端子排转换器。
本实用新型多模块柔性化机电一体化通用教学平台的有益效果是：本实用新型多模块柔性化机电一体化通用教学平台符合高职院校及应用型本科院校中机电一体化及相近课程的教学大纲要求，具备柔性化、模块化等特点；控制系统涵盖多种典型的PLC品牌，使用者可根据需要切换不同的控制系统；设备的控制方法多样，可基于人机界面操作系统，也可基于按钮控制；学生可直观了解机电一体化系统的五大要素，掌握典型的传动机构，熟悉系统的电路结构，了解传感器的基本应用，应用不同的运动控制器，系统掌握不同执行机构的运动控制方法。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
图1是本实用新型多模块柔性化机电一体化通用教学平台的侧视图；
图2是本实用新型多模块柔性化机电一体化通用教学平台的俯视图；
图3是同步带传动模块的俯视图；
图4是同步带传动模块的侧视图；
图5是多减速传动模块的俯视图；
图6是多减速传动模块的侧视图；
图7是直流导轨往复运动模块的俯视图；
图8是直流导轨往复运动模块的侧视图；
图9是二维移动平台运动模块的俯视图；图10是二维移动平台运动模块的侧视图；图11是多控制系统的电气布局图。
附图标号说明：
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
请参照图1至图11，本实用新型提出一种多模块柔性化机电一体化通用教学平台，采用本实用新型可以开展机器人传动课程，机电一体化传动课程和plc课程。本实用新型符合高职院校及应用型本科院校中机电一体化及相近课程的教学大纲要求，具备柔性化、模块化等特点，可适用于高职院校及应用型本科院校中机电一体化及相近课程的教学。本实用新型的控制系统涵盖典型的PLC品牌和嵌入式控制系统，使用者可根据需要切换不同的控制系统，控制方法多样，可基于人机界面操作系统，也可基于按钮控制。通过本实用新型提出的多模块柔性化机电一体化通用教学平台，学生可直观了解机电一体化系统的五大要素，掌握典型的传动机构，熟悉系统的电路结构，了解传感器的基本应用，应用不同的运动控制器，掌握不同执行机构的运动控制方法。
具体地，请参照图1和图2，本实用新型所提出的多模块柔性化机电一体化通用教学平台包括：设备机架1，安装于所述设备机架1上的多控制系统2，与所述多控制系统2连接的操作系统3、同步带传动模块4、多减速传动模块5、直流导轨往复运动模块6、二维移动平台运动模块7，其中，所述同步带传动模块4、多减速传动模块5、直流导轨往复运动模块6、二维移动平台运动模块7可拆卸安装于所述设备机架1上。
其中，所述设备机架1采用一体化铝合金型材搭建而成的桌面载体，所述设备机架1的四角采用半圆弧铝合金型材。所述设备机架1的背面可以具有储物空间，可以放置教学时使用的常用电器、机械工具。
所述设备机架1的底部安装有万向轮8，以便于轻松移动所述设备支架和集成。
所述操作系统3可以为人机界面显示操作系统或者按钮操作系统。
所述人机界面显示操作系统包括显示器，所述显示器通过显示器支架9可调节安装于所述设备机架1上，所述显示器支架9可以实现五个自由角度调节，使得所述人机界面操作显示系统位置方向可调。
所述按钮操作系统嵌设于所述设备机架1内。具体实施时，可以将所述按钮操作系统集成安装于按钮盒10内，再将所述按钮盒10嵌设于所述设备机架1内，所述按钮盒10上可安装按钮与指示灯以及其他各种控制模块。
所述设备机架1内安装有挡板，该挡板可以采用不锈钢板，所述挡板的倾斜度可调，以便于安装调试，开放式布置；所述多控制系统2安装于所述挡板上，所述挡板上安装有端子排转换器，可扩展其它型号控制器，所述设备机架1内留有航空插座，拓展其他模块。本实用新型将所述多控制系统2安装于所述挡板上，可根据教学需要方便地切换不同品牌的控制系统，并可根据用户需要方便地扩展其他控制系统，本实用新型的多控制系统2的电气布局图请参照图11所示。
请参照图3和图4，本实用新型所提出的多模块柔性化机电一体化通用教学平台中，所述同步带传动模块4包括：三相异步减速电机401、直流测速发电机402、第一联轴器、同步带、斜齿轮403、蜗杆405、蜗轮406、第一码盘407、锥齿轮传动机构408、航空插盒404。
其中，述同步带传动模块4的工作过程为：所述三相异步减速电机401通过所述第一联轴器，带动所述同步带运动，所述斜齿轮403末端输出安装所述直流测速发电机402，所述涡轮的输出轴上安装第一指针，通过所述第一码盘407显示出速度，所述蜗杆405的输出轴安装所述锥齿轮传动机构408，带动第二指针运动，通过与所述第一指针做比较，得出不同的速度。其中，所述锥齿轮传动机构408可以包括安装于所述蜗杆405的输出轴上的一对锥形齿轮。
所述同步带传动模块4可配置变频器控制，采用模拟量或者多端速进行变频调速测试电机性能。
请参照图5和图6，所述多减速传动模块5包括伺服电机501、减速器502、同步带传动机构503、滑块指针504、以及与所述同步带传动机构503对应的标尺505和第二码盘506。
所述伺服电机501的下面安装有可移动滑道，用于安装不同尺寸类型的减速器502。
所述减速器502可以采用行星减速器、谐波减速器、或者RV减速器等典型的用于机器人关节的减速器。
所述多减速传动模块5的工作过程是：所述伺服电机501通过所述减速器502，经所述同步带传动机构503，带动所述滑块指针504和所述第二码盘506上的指针运动，所述第二码盘506上的光传感器507用于原点信号和计数功能。
请参照图7和图8，所述直流导轨往复运动模块6包括两条直线导轨601，和可在所述两条直线导轨601上滑动的直线导轨往复运动模块框架602，所述直线导轨往复运动模块框架602上安装有直流减速电机603、齿轮传动机构604、链传动机构605、槽轮间歇机构606、圆柱齿轮传动机构607和齿条608，所述齿条608的两侧有硬限位块609。
所述直流导轨往复运动模块6的工作过程为：所述直流减速电机603驱动所述齿轮传动机构604传动，带动所述链传动机构605、槽轮间隙机构606动作，输出到所述圆柱齿轮传动机构607，带动所述齿条608传动，使得所述直线导轨往复运动模块框架602在所述两条直线导轨601上移动。
所述齿条的两侧的硬限位块609能保证工作安全可靠。所述直流导轨往复运动模块6可配置电子调速控制方式，控制所述直流减速电机的转速。
请参照图9和图10，所述二维移动平台运动模块7包括两条步进模块直线导轨701、滚珠丝杠螺母副702、步进电机703。
所述二维移动平台运动模块7的工作过程是：所述步进模块直线导轨701的一端设置有第二联轴器704，所述步进电机703通过所述第二联轴器704带动所述滚珠丝杠螺母副702在所述两条步进模块直线导轨701上运动。
本实用新型提出的多模块柔性化机电一体化通用教学平台为一种标准化的机电一体化教学装备，符合大多数机电一体化教材教学大纲要求，具备开放性、创新性和可参与性的特点。使得受训者更容易全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成，可以促进在机械设计、电气自动化、自动控制、机械装配、传感器技术、气动技术等方面的学习，并对电机驱动及控制技术、PLC控制系统的设计与应用、网络通信技术、高级语言编程等技能得到实际的训练，在设计、装配、调试能力等方面均能得到综合提高。
本实用新型多模块柔性化机电一体化通用教学平台的特点在于：
1、零部件采用工业级产品，工业化产品设计加工，并按工业结构形式开放式设计；
2、系统采用机电产品常用传动类型，并结合常用电机与传感器，组成典型机电一体化实验台，是培养学生创新能力的理想平台；
3、各模块可自由组合成多种传动结构，配合驱动电机，适合学生动手安装与操作，并理论联系实际，从机械、电机性能应用、PLC编程、气动技术等全方位实训；
4、系统配置人机界面，控制简单直观，不同组合情况下，可利用计算机进行编程操作检验，学习内容极大丰富；
5、开放PLC全部源程序，以便于用户开发出适合需求的系统运行程序，方便了老师和同学课题研究工作；
6、提供说明书、实验指导书，并详细介绍各结构特点、原理、设计思想、计算方法以及应用和发展，并拓展介绍工业上相关设备。在此基础上，还提供机械本体装配说明书、软件使用说明书等，便于独立教学和实验；
7、系统机电技术全面开放，配备完善的实验指导书，可轻松搭建并开发出自己的传动或控制功能，激发学习兴趣。
本实用新型多模块柔性化机电一体化通用教学平台的有益效果是：本实用新型多模块柔性化机电一体化通用教学平台符合高职院校及应用型本科院校中机电一体化及相近课程的教学大纲要求，具备柔性化、模块化等特点；控制系统涵盖多种典型的PLC品牌，使用者可根据需要切换不同的控制系统；设备的控制方法多样，可基于人机界面操作系统，也可基于按钮控制；学生可直观了解机电一体化系统的五大要素，掌握典型的传动机构，熟悉系统的电路结构，了解传感器的基本应用，应用不同的运动控制器，系统掌握不同执行机构的运动控制方法。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。
