物联网型运动控制模块化实训教学平台的制作方法

本实用新型属于教学平台的技术领域，尤其涉及一种物联网型运动控制模块化实训教学平台。

背景技术：

目前，对物联网的研究主要集中在物流管理，智能家居，交通事故管理，电子警察违规抓拍等领域，在教育领域的探讨尚为鲜见，但随着物联网技术的日益成熟，其在教育中的应用越来越广泛。如何构建基于物联网的教学平台，旨在通过物联网远程通讯技术改造现有的基于PLC和变频器的教学实验装置，实现多个教学实验装置和多个控制对象组成小组构建成智能化教学平台，丰富实训教学，辅助教学管理，拓展课外教学活动。从而达到因材施教，培养创新型高技能人才的目的。实训教学是培养高级应用型人才的重要教学环节，为此在实训教学中必须建立一种适合自身培养模式的实训教学新模式。现有技术中对教学平台上的线路的插拔需人工进行，效率低，精度不高。

技术实现要素：

基于以上现有技术的不足，本实用新型所解决的技术问题在于提供一种物联网型运动控制模块化实训教学平台，控制精准，自动实现插头在教学平台的线路上快速插拔。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案来实现：本实用新型提供一种物联网型运动控制模块化实训教学平台，包括物联网系统、与所述物联网系统连接的运动控制系统和受控对象，所述受控对象为二维机械手；所述物联网系统包括PC端或手机端，与所述PC端或手机端连接的网络平台、与所述网络平台连接的VPN路由器；所述运动控制系统包括由PLC控制器、变频器组成的控制系统，与所述控制系统统连接的伺服驱动系统，所述伺服驱动系统控制所述二维机械手的运动。

由上，通过物联网系统和运动控制系统精准地控制受控对象，用户可以利用网络平台、物联网技术在PC端或者手机端任意操控和监控运动控制平台，通过精准控制机械手在教学平台上进行线路插拔，精度和效率高。

作为上述技术方案的优选实施方式，本实用新型实施例提供的物联网型运动控制模块化实训教学平台进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，在本实用新型的一个实施例中，所述二维机械手可在沿教学平台的长度方向设置的导轨上移动，包括竖直设置的竖直直线伸缩气缸、水平设置并位于所述竖直直线伸缩气缸顶部的水平直线伸缩气缸，所述水平直线伸缩气缸的端部具有机械手。

采用上述结构，通过竖直直线伸缩气缸带动机械手在上下方向上移动，通过水平直线伸缩气缸带动机械手在前后方向上移动，移动快速，自动化地实现机械手的前后上下快速位移。

作为上述技术方案的改进，所述机械手包括两个相对设置的夹取部，两个夹取部的一端转动的连接在一平台上，该平台固定在所述水平直线伸缩气缸的伸缩杆上。

采用上述结构，通过夹取部在平台上的转动连接，实现两个夹取部的相对运动对插头进行抓取。

作为上述技术方案的改进，所述夹取部与所述平台相连的一端部内形成有圆环内齿轮，所述平台上安装有两个圆柱齿轮，分别与所述两个夹取部内的圆环内齿轮啮合连接，所述两个圆柱齿轮分别由两个伺服驱动电机驱动。

采用上述结构，伺服驱动电机带动圆柱齿轮转动，通过圆柱齿轮与圆环内齿轮之间的啮合传动，带动夹取部与平台的转动连接。

作为上述技术方案的改进，所述导轨的两端的中间部分分别设置一个同步轮，两个同步轮之间通过同步带连接，并且，所述导轨的一端配置有与所述同步带啮合连接的行走齿轮，所述行走齿轮由一个伺服驱动电机驱动进行转动。

采用上述结构，在伺服驱动电机的动力驱动下，行走齿轮带动同步带移动，在同步带的牵引和导轨的支承作用下，底座沿导轨往复移动，进而带动机械手沿教学平台的长度方向来回移动。

进一步地，所述PLC控制器通过处理器芯片连接无线通讯模块，所述控制系统包括数字信号处理器，所述伺服驱动系统为伺服驱动器，所述数字信号微处理器通过光电隔离器与所述伺服驱动器相连，所述伺服驱动器的输出端与所述竖直直线伸缩气缸、水平直线伸缩气缸和伺服驱动电机的输入端相连。

由上，通过PLC控制器、变频器和伺服驱动系统对机械手进行控制，保证控制的可靠性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本实用新型优选实施例的物联网型运动控制模块化实训教学平台的结构示意图；

图2是本实用新型优选实施例的物联网型运动控制模块化实训教学平台的二维机械手的结构示意图；

图3是本实用新型优选实施例的物联网型运动控制模块化实训教学平台的运动控制系统的结构示意图。

图4是本实用新型优选实施例的物联网型运动控制模块化实训教学平台的运动控制系统的电路示意图。

图5是本实用新型优选实施例的物联网型运动控制模块化实训教学平台的另一实施例中的运动控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本实用新型的原理，本实用新型的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。

如图1所示，本实用新型优选实施例的物联网型运动控制模块化实训教学平台的结构示意图，本实用新型的物联网型运动控制模块化实训教学平台包括物联网系统10、与所述物联网系统10连接的运动控制系统20和受控对象30，所述受控对象为二维机械手，所述物联网系统10包括PC端或手机端，与所述PC端或手机端连接的网络平台11、与所述网络平台11连接的VPN路由器12，本实用新型的网络平台11借助3G网络、互联网和VPN路由器12实现现场设备的远程访问，所述运动控制系统20包括由PLC控制器21、变频器22组成的控制系统，与所述控制系统连接的伺服驱动系统23，所述伺服驱动系统23控制所述二维机械手的运动。其中，所述PLC控制器21通过处理器芯片连接无线通讯模块，所述控制系统包括数字信号处理器，所述伺服驱动系统23为伺服驱动器，所述数字信号微处理器通过光电隔离器与伺服驱动器相连，伺服驱动器驱动受控对象进行动作。PLC控制器、变频器是满足一系列运动控制需求的控制单元，通过接线柱与伺服驱动器连接构成主电路和控制电路，驱动步进或伺服驱动电机完成各种运动(单轴运动、多轴联动、多轴插补等)，接收各种输入信号(限位原点信号，sensor)，如图3，通过PID调节闭环控制，可输出控制继电器、电磁阀、电动机等元件。PLC控制器选用TSRF-PLC-02F型PLC可编程控制器，由电源模块、处理器模块、通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量I/O模块组成，拥有65个接口，PLC控制器的通讯模块通过串行通信接口配置4G无线通讯模块，与配置了VPN路由器的网络平台11，实现网络通讯，进行现场设备的远程访问。

当采用由PLC控制器和变频器组成的运动控制系统20时，运动控制系统20的主电路和控制电路如图4所示，当选择开关SB2选择到11号挡位时的电路图，合上运动控制系统20内的电源开关QS，依次串联的电源正极、熔断器FU、热继电器复合开关FR、急停开关SB1、选择开关SB2、接触器KM3线圈、电源负极回路通电，同时串接在热继电器复合开关FR的触点2与电源开关QS的静片L12之间的直流电源指示灯HL1得电闪烁。串联在热继电器FR的一接线端与变频器接线端U、V、W之间的主接触器KM3，以及串联在交流电源L13相与变频器的火线L之间的辅助接触器KM3，均吸合，使运动控制系统20内主电路中，热继电器FR的另一接线端连接的电动机M与变频器导通。

变频器控制端子X1、X2、X3、X6、X7(用于控制电机正转、反转、复位、多段频率输入)、公共端COM、模拟输入端子AI1(用于输入模拟量)、分别通过端子排TX1的5、6、7、8、9、10、11接口与PLC控制器端子(输出端子)连接，PLC控制器端子(输入端子)通过端子排TX1的19、20接口连接电动机的同轴编码器，用于PID控制反馈调节电动机的转速和方向。

中间继电器KA1一接线端通过TX1端子排的16号端子连接PLC控制器端子(输出端子)，中间继电器KA1另一端通过TX1端子排的15号端子连接PLC控制器端子(公共端)和电源正极，PLC控制器可通过程序控制中间继电器KA1的得电，当选择开关SB2选择到16号挡位时的电路图，合上运动控制系统20内的电源开关QS，依次串联的电源正极、熔断器FU、热继电器复合开关FR、急停开关SB1、选择开关SB2、接触器KM3线圈、电源负极回路通电，同时串接在热继电器复合开关FR的触点2与电源开关QS的静片L12之间的直流电源指示灯HL1得电闪烁。中间继电器动合触点KA1和电磁铁线圈KM1串联在热继电器FR的一接线端与变频器接线端U、V、W之间，当中间继电器KA1得电时，中间继电器动合触点KA1闭合，电磁铁线圈KM1得电，用于控制安装有电磁线圈KM1的电磁换向阀动作，PLC控制的(输入端子)还连接安装在气缸上的接近开关，采集气缸的行程反馈控制电磁换向阀。

如图2所示，本实用新型的二维机械手可在沿教学平台的长度方向设置的导轨40上移动，包括竖直设置的竖直直线伸缩气缸41、水平设置并位于所述竖直直线伸缩气缸41顶部的水平直线伸缩气缸42，所述水平直线伸缩气缸42的端部具有机械手，通过竖直直线伸缩气缸41实现机械手在竖直方向的移动，通过水平直线伸缩气缸42实现机械手在水平方向的移动。所述机械手包括两个相对设置的夹取部44，两个夹取部44的一端转动的连接在一平台45上，该平台45固定在所述水平直线伸缩气缸42的伸缩杆上。所述夹取部44与所述平台45相连的一端部内形成有圆环内齿轮，所述平台45上安装有两个圆柱齿轮，分别与所述两个夹取部内的圆环内齿轮啮合连接，两个圆柱齿轮分别由两个伺服驱动电机驱动，伺服驱动电机带动圆柱齿轮转动，通过圆柱齿轮和圆环内齿轮的啮合传动，从而带动两个夹取部44进行转动，以对插头进行抓取，带动插头在教学平台上的任何位置。

另外，导轨40的两端的中间部分分别设置一个同步轮50，两个同步轮50之间通过同步带51连接，并且，导轨40的一端配置有与所述同步带51啮合连接的行走齿轮，并且所述行走齿轮由一个伺服驱动电机驱动进行转动，上述竖直直线伸缩气缸41的底部固定在一底座52上，底座52的中间部分固定在所述同步带51上，底座52的两侧与所述导轨40滑动连接，例如导轨40的两侧呈燕尾槽状，底座52的两侧呈与燕尾槽相适配的燕尾凸台状，在伺服驱动电机的动力驱动下，行走齿轮带动同步带51移动，在同步带51的牵引和导轨40的支承作用下，底座52沿导轨40往复移动，进而带动机械手沿教学平台的长度方向来回移动。上述伺服驱动器输出端与所述竖直直线伸缩气缸41、水平直线伸缩气缸42和伺服驱动电机的输入端相连，以对竖直直线伸缩气缸41、水平直线伸缩气缸42和伺服驱动电机进行控制驱动，更好的带动机械手在教学平台上移动。

如图5所示，为本实用新型优选实施例的物联网型运动控制模块化实训教学平台的另一实施例中的运动控制系统的结构示意图。在该实施例中，所述运动控制系统20包括运动控制卡、与所述运动控制卡连接的工控系统，与所述工控系统连接的伺服驱动系统23，所述伺服驱动系统23控制所述二维机械手的运动。其中，所述运动控制卡包括上位机和下位机，所述工控系统包括数字信号微处理器，所述伺服驱动系统23为伺服驱动器，所述数字信号微处理器通过光电隔离器与伺服驱动器相连，伺服驱动器驱动受控对象进行动作。运动控制卡或数字信号微处理器是满足一系列运动控制需求的控制单元，通过PCI、PC104等总线接口安装到PC和工业PC上，与伺服驱动器连接，驱动步进或伺服驱动电机完成各种运动(单轴运动、多轴联动、多轴插补等)，接收各种输入信号(限位原点信号，sensor)，可输出控制继电器、电磁阀、气缸等元件。如图5所示，运动控制系统20还包括PCI总线、PCI控制芯片、光栅尺、光电隔离器和编码器，PCI总线是上位机与下位机传输控制指令和数据交换的通道，所述下位机由复杂可编程逻辑器件CPLD和数字信号微处理器DSP组成。伺服驱动器作为执行元件，产生PWM脉冲控制着每个电机或气缸的运行，并接收和处理编码器反馈的电机转速和转向信号，形成一个局部的闭环控制。上位机上运行的应用软件发送各种控制指令，经PC程序译码、预处理等处理后，经PCI控制芯片传送到双口RAM中；烧写在数字信号微处理器DSP里的控制程序从双口RAM中读取指令或数据，并根据读入的指令或数据进行实时的插补运算，然后产生位置控制脉冲经光电隔离器处理后输入到各个电机轴或伸缩气缸的伺服驱动器。伺服驱动器根据数字信号微处理器DSP发送的控制脉冲指令再进行插补，同时由插补运算计算的理论位置与编码器反馈的实际位置进行比较得出跟随误差，然后对误差进行补偿后形成电机的实际位置，并据跟随误差计算出速度指令值，最后产生PWM脉冲控制驱动电机或伸缩气缸运行，以便对本实用新型的二维机械手进行控制。本实用新型的物联网型运动控制模块化实训教学平台还包括远程监控模块，该远程监控模块包括依次相连的网卡、微型处理器、PCI控制卡(计算机外围部件互连标准控制卡)，网卡插接4G网卡与PC端相连，采用的型号为RealtekRTL8139(A)；微型处理器用来处理监控指令，如编码、解码等，采用的型号为Intel(R)Celeron(TM)；PCI控制卡与RAM上的PCI插槽相连以与RAM内核进行通信，采用的型号为32-bit PCI。

上述实施例揭示的物联网型运动控制模块化实训教学平台通过物联网系统10和运动控制系统20精准地控制受控对象，用户可以利用网络平台、物联网技术在PC端或者手机端任意操控和监控运动控制平台。通过二维机械手实现插头在教学平台的上的前后左右快速位移，快速、逐一的对线路进行插拔，位移的精度高，效率高，采用直线伸缩气缸控制机械手进行上下位移，以方便连接线路，实现了教学平台二维平面的自动化插拔。

以上所述是本实用新型的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本实用新型的保护范围。