一種機電多功能實驗臺的製作方法
2023-04-29 13:31:21
專利名稱：一種機電多功能實驗臺的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於教學實驗技術領域，涉及一種實驗臺，尤其涉及一種機電多功能實驗臺。
背景技術：
為了學生更好地學習理論知識，經充分證明，適當的實踐教學更有利於學生對理論知識的掌握，與此同時還提高了學生實際動手和創新能力。由於現有的實習條件有限，因此和實際結合較緊密的實驗臺則顯得尤為重要。經考察，大多數學校實驗室裡的實驗臺功能一般比較單一，功能已經固定，且缺乏後續擴展能力，不利於學生的創新研究。如氣動實 驗臺，電氣控制實驗臺，測試實驗臺，X-Y工作檯等，這些設備不僅佔用很大的空間，也增大了學校教學資金的投入。如果學生要進行多學科的課程實驗時，必須分別到各個實驗臺上進行實驗。而且這種分開的實驗，不利於學生進行多學科知識聯繫的學習，單純的機械設計和電氣控制不利於學生深刻理解機電一體化的概念。而且像這些關於數控原理的模擬實驗裝置比較少，我們所進行的數控工具機實習，只是簡單的技術應用，無法深刻理解原理方法(如直線、圓弧等插補算法，多軸聯動的曲面加工)。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種機電多功能實驗臺，可將各類實驗平臺集中於一體，減少設備佔地面積，節約成本。為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案一種機電多功能實驗臺，所述實驗臺包括工控機、控制卡、若干電機、若干電機驅動器、若干可直線運動的工作檯、攝像頭；所述工控機連接控制卡、攝像頭，控制卡連接各電機驅動器；各電機驅動器分別連接其對應的電機；各電機連接其對應的工作檯。作為本實用新型的一種優選方案，電機為伺服電機或/和步進電機，對應地，電機驅動器為伺服電機驅動器或/和步進電機驅動器。作為本實用新型的一種優選方案，所述控制卡通過CAN卡連接伺服電機驅動器，控制卡通過接口端子連接步進電機驅動器。作為本實用新型的一種優選方案，所述實驗臺還包括雷射雕刻筆，與工控機連接。作為本實用新型的一種優選方案，所述工作檯包括單軸模塊或/和雙軸模塊或/和三軸模塊或/和迴轉軸模塊。本實用新型的有益效果在於本實用新型提出的機電多功能實驗臺，可將各類實驗平臺集中於一體，減少設備佔地面積，節約成本。學生可以根據自己的想法進行創新設計，並可以安裝在實驗臺上驗證實現其功能。
[0012]圖I為本實用新型實驗臺的組成示意圖。圖2為實驗臺控制方法的流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的優選實施例。實施例一請參閱圖1，本實用新型揭示了一種機電多功能實驗臺，所述實驗臺包括工控機I、控制卡2、若干電機(伺服電機3或/和步進電機5)、若干電機驅動器(伺服電機驅動器4或/和步進電機驅動器6)、若干可直線運動的工作檯7、攝像頭9。所述工控機I連接控制卡2、攝像頭9，控制卡2連接各電機驅動器；各電機驅動器分別連接其對應的電機；各電機連接其對應的工作檯7。各工作檯7位於一工作平臺8上。所述控制卡2通過CAN卡21連接伺服電機驅動器4，控制卡2通過接口端子22連接步進電機驅動器6。本實施例中，實驗臺包括3個伺服電機、3個步進電機、4個工作檯，當然，可以根據需要改變各電機及工作檯的數量。所述工作檯包括單軸模塊或/和雙軸模塊或/和三軸模塊或/和迴轉軸模塊。此外，所述實驗臺還包括雷射雕刻筆，與工控機I連接。本實用新型實驗臺可實現多種組合的運動實現，比如可實現刻字，視覺定位等功能，而且可以利用攝像頭結合圖像處理，進行手勢靜態的自動識別，然後根據識別的結果去控制電機執行所規定的運動。還可以根據手的運動自動實時跟蹤定位到手所移動的位置，很好的理解和運用了智能控制的知識。(I)實驗臺機械結構設採用模塊化設計利用CAD技術設計各個運動單元和機械接口使其成為標準，通用接口模塊。為個單元的重組和擴展打下良好的基礎。採用這種模塊化的設計，易於拆卸組裝，利於同學更好理解機械裝配的知識。而且可以實現多種不同的任務，例如，可以取出其中的一個軸，讓學生完成直線運動的開環/閉環控制任務；完成這一任務後，學生可繼續在雙軸平臺上完成插補實驗，繪製出曲線；也可以組合成3軸數控工作檯系統。(2)外部電氣控制部分設計為了給運動控制卡和伺服、步進電機驅動提供電源和保護，採用空氣開關，變壓器，電源轉換器，接觸器，繼電器等控制原件，並配有按鈕開關控制面板盒，對元器件有很好的控制和保護功能。(3)運動控制卡選用固高的運動控制卡，深圳固高在教學及科研方面的專長，以及其產品的性價比。固高公司生產的GE系列運動控制器，可以實現多軸協調運動和高性能點位運動，其核心由DSP和FPGA組成，可以實現高性能的控制計算。運動控制器提供C語言函數庫和Windows動態連結庫，實現複雜的運動控制功能，學生可以在pc機上運用C、C++、VC、VB編程，調用控制函數與自已控制系統所需的數據處理、界面顯示、用戶接口等應用程式模塊集成在一起，建造自己的應用控制功能。(4)伺服步進電機的選擇選擇步科(Kinco)ED430系列伺服驅動器，其集成了多 種控制方式，可以通過RS232，RS485，CAN BUS, PROFIBUS DP等多種總線接口通信，非常適合創新實驗臺的控制多元化設計。(5)相機選擇大恆圖像的DH-HV系列USB接口數字攝像機是高品質、高性能工業檢測專用的CMOS攝像機，非常適合各種工業檢測應用。攝像機可通過外部信號觸發採集或連續採集。主要採用USB接口傳輸數據，傳輸接口方便可靠。其SDK提供VC，VB, BorlandC++，Builder, Delphi下開發示例。可以方便的與系統整合編程。整個實驗臺所能實現的主要功能(I)通過插在工控機上的固高控制卡的編程去控制步進電機，可以是一軸，兩軸，三軸以及電旋轉臺的多種形式；(2)機械設計模塊間多種組合裝配的實驗；(3)固高控制卡控制伺服電機或者步進電機，模擬三軸數控機 床插補算法原理；(4)伺服電機之間通過CAN總線協議，聯繫CAN總線通信；(5)通過固高控制卡運用VC++6. O編程模擬數控刻字；(6)在實驗臺上通過攝像頭進行自動視覺定位的學習實驗(詳述見實施例二)。實施例二為了在本實驗臺上實現視覺自動定位功能，需要X、Y、Z三個坐標軸的平移，以及兩個附加直線運動和一個旋轉單元，各個單元之間相互獨立，可以通過連接件自由組合，構建不同的空間系統。運動控制卡通過PCI總線與工控機相連，由工控機向其傳達指令，並將控制卡得運行數據傳回給工控機，控制卡和電機驅動器的連接採用正負脈衝信號模式。視覺定位軟體界面基於Visual C++平臺，通過MFC設計軟體界面，調用控制卡的函數進行工作檯各軸的運動。主要包括菜單欄，主視圖窗口，目標視圖窗口，定位位置視圖窗口，信息提示窗口，控制項按鈕窗口。VC++通過調用攝像頭，控制卡，CAN卡的動態連結庫來實現對其接口函數的調用，從而實現對各個相應硬體的控制，具體流程如圖2所示。本實例是實現對平臺上任意一位置的工作，通過攝像頭檢測到其位置，通過反向演算；計算工件與攝像頭中心的位置差，轉換為各個伺服軸所需運動距離，再由軸的機械參數，計算出每個軸需要轉動圈數，再由每個軸的細分數計算出所需脈衝數，最後由工控機發送相應脈衝到達各個伺服軸，完成定位。綜上所述，本實用新型提出的機電多功能實驗臺，可將各類實驗平臺集中於一體，減少設備佔地面積，節約成本。學生可以根據自己的想法進行創新設計，並可以安裝在實驗臺上驗證實現其功能。這裡本實用新型的描述和應用是說明性的，並非想將本實用新型的範圍限制在上述實施例中。這裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本實用新型的精神或本質特徵的情況下，本實用新型可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本實用新型範圍和精神的情況下，可以對這裡所披露的實施例進行其它變形和改變。
權利要求1.一種機電多功能實驗臺，其特徵在於，所述實驗臺包括工控機、控制卡、若干電機、若干電機驅動器、若干可直線運動的工作檯、攝像頭； 所述工控機連接控制卡、攝像頭，控制卡連接各電機驅動器；各電機驅動器分別連接其對應的電機；各電機連接其對應的工作檯。
2.根據權利要求I所述的機電多功能實驗臺，其特徵在於 電機為伺服電機或/和步進電機，對應地，電機驅動器為伺服電機驅動器或/和步進電機驅動器。
3.根據權利要求2所述的機電多功能實驗臺，其特徵在於 所述控制卡通過CAN卡連接伺服電機驅動器，控制卡通過接口端子連接步進電機驅動器。
4.根據權利要求I所述的機電多功能實驗臺，其特徵在於 所述實驗臺還包括雷射雕刻筆，與工控機連接。
5.根據權利要求I所述的機電多功能實驗臺，其特徵在於 所述工作檯包括單軸模塊或/和雙軸模塊或/和三軸模塊或/和迴轉軸模塊。
專利摘要本實用新型揭示了一種機電多功能實驗臺，所述實驗臺包括工控機、控制卡、若干電機、若干電機驅動器、若干可直線運動的工作檯、攝像頭；所述工控機連接控制卡、攝像頭，控制卡連接各電機驅動器；各電機驅動器分別連接其對應的電機；各電機連接其對應的工作檯。本實用新型提出的機電多功能實驗臺，可將各類實驗平臺集中於一體，減少設備佔地面積，節約成本。學生可以根據自己的想法進行創新設計，並可以安裝在實驗臺上驗證實現其功能。
文檔編號G09B23/18GK202383903SQ20112047550
公開日2012年8月15日 申請日期2011年11月25日 優先權日2011年11月25日
發明者劉謀雲, 周全, 宴中華, 曹鵬坤, 李祥偉, 楊勇明, 熊友, 王先軍, 白國振 申請人:上海理工大學