一种线性模组同步带支撑系统及控制方法与流程

本发明属于机械传动领域，涉及一种线性模组同步带支撑系统及控制方法。

背景技术：

目前常见的一种线性模组，同步带通过紧固装置固定连接在滑座上，并在滑座处完成封闭；线性模组的直线轨道两侧带有滚轴；滑座上带有滚轮，能够沿着滚轴做直线运动；滑座下方固定连接移动设备；这样，在电机的驱动下，同步带轮带动同步带运转，进而带动与同步带固定连接的滑座沿线性模组轴线方向往复运行。

然而，根据材料力学简支梁的变形计算公式可知：对于直线轨道下方的同步带而言，滑座相当于一个支撑；当滑座在中间位置时，下垂量最小；而在同步带两侧极限位置时，同步带的下垂量最大；且随着同步带长度的增加，下垂量越大。当出现过大下垂时，会造成同步带在垂直方向上出现过大的分力，影响传动。此外，还会导致移动设备运行时同步带的振动情况加剧，尤其是加速和减速时会发生较大的横向振动和纵向震动，如其振动的固有频率与周围设备相近时，就会发生共振，严重影响设备工作和同步带的使用寿命。因此，目前同步带线性模组的使用长度一般都在10米以下，大大限制了其应用范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种线性模组同步带支撑系统及其控制方法，该系统能够有效减小同步带的下垂，且安装在线性模组上，不会对其使用性能造成任何影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种线性模组同步带支撑系统，包括线性模组和固定于线性模组的同步带支撑装置，线性模组包括轨道、同步带和滑座，滑座能够沿轨道移动，滑座运行至同步带支撑装置之前，同步带支撑装置脱离同步带；滑座运行至同步带支撑装置之后，同步带支撑装置结合同步带。

作为优选的方案，同步带支撑装置包括安装于线性模组的升降机构、回转机构、伸缩机构和支撑轮，回转机构安装于升降机构上，伸缩机构安装于回转机构上，支撑轮安装于伸缩机构。

作为优选的方案，升降机构和伸缩机构均采用电动推杆，回转机构采用电动回转马达。电动推杆的伸缩精度较高。电动马达结构简单，重量轻，降低线性模组所承受的负载；体积小，有利于减小支撑装置所占用的空间。

作为优选的方案，同步带支撑装置包括升降机构安装座和伸缩机构安装座，升降机构通过升降机构安装座与轨道固定，回转机构通过伸缩机构安装座与伸缩机构固定。

作为优选的方案，轨道侧面开有凹槽，升降机构安装座通过螺钉、螺母与凹槽固定。

作为优选的方案，同步带支撑装置包括支撑轮轴和接近传感器，支撑轮轴一端与伸缩机构固定，另一端与接近传感器固定，支撑轮通过轴承与支撑轮轴固定，且支撑轮轴穿过支撑轮。

作为优选的方案，所述支撑轮轴为空心轴。

作为优选的方案，轨道固定有第一位置标签和第二位置标签，第一位置标签和第二位置标签分别位于同步带支撑装置的两侧；滑座安装有位置标签读取装置。

作为优选的方案，第一位置标签、第二位置标签和位置标签读取装置均采用rfid标签。

作为优选的方案，轨道设有驱动电机、主动带轮和从动带轮，主动带轮和从动带轮位于轨道两端，驱动电机输出轴与主动带轮固定，主动带轮与从动带轮通过同步带传动。

作为优选的方案，滑座设有控制单元，控制单元分别与接近传感器、升降机构、伸缩机构、回转机构、位置标签读取装置、驱动电机电气相连。

一种线性模组同步带支撑控制方法，包括以下步骤：

步骤1：滑座运行至同步带支撑装置前方，控制单元读取驱动电机的当前运转方向，当位置标签读取装置读取到第一位置标签时，向控制单元反馈当前的位置标签信息；所述当前的位置标签信息为第一位置标签；

步骤2：根据驱动电机的运转方向和位置标签信息，控制单元控制驱动电机停止；

步骤3：控制单元向同步带支撑装置发出控制指令，同步带支撑装置脱离同步带；

步骤4：滑座运行至同步带支撑装置后方，控制单元读取驱动电机的当前运转方向，当位置标签读取装置读取到第二位置标签时，向控制单元反馈当前的位置标签信息；所述当前的位置标签信息为第二位置标签；

步骤5：根据驱动电机的当前运转方向和位置标签信息，控制单元控制驱动电机停止；

步骤6：控制单元向同步带支撑装置发出控制指令，同步带支撑装置结合同步带。

作为优选的方案，步骤3中，同步带支撑装置脱离同步带的方法，包括以下步骤：

步骤3.1、控制单元向升降机构发出控制指令，升降机构下降；

步骤3.2、控制单元向伸缩机构发出控制指令，伸缩机构收缩至最短；

步骤3.3、控制单元向回转机构发出控制指令，回转机构带动伸缩机构和接近传感器转动360°；

步骤3.4、控制单元向升降机构发出控制指令，升降机构上升至极限位置。

作为优选的方案，步骤6中，同步带支撑装置结合同步带的方法，包括以下步骤：

步骤6.1、控制单元向升降机构发出控制指令，升降机构下降；

步骤6.2、控制单元向回转机构发出控制指令，回转机构带动伸缩机构和接近传感器反向转动360°；

步骤6.3、控制单元向伸缩机构发出控制指令，伸缩机构伸长；

步骤6.4、控制单元向升降机构发出控制指令，升降机构带动伸缩机构和接近传感器靠近线性模组，当接近传感器达到感应距离时，升降机构停止运动。

本发明的有益效果：

（1）本发明在不影响线性模组正常运行的情况下，大大减少同步带的下垂量，有效改善传动情况，同时降低同步带加速和减速时产生的横向振动和纵向震动，有效改善设备工作情况，延长同步带的使用寿命。

（2）通过在线性模组上安装多个同步带支撑装置，可以延长同步带线性模组的使用长度，扩大其应用范围。

（3）本同步带支撑装置具有水平、竖直和转动三个方向上的自由度，各自由度顺序实现运动，结构简单、控制易实现。

（4）本发明将升降机构安装座通过螺钉与凹槽内的螺母固定，有利于减小同步带支撑装置与同步带之间的距离，从而降低对升降机构的升降行程以及伸缩机构的伸缩行程要求，如此，升降机构和伸缩机构的体积和重量精简，减轻轨道承受的同步带支撑装置重量，缩小同步带支撑装置的体积，且安装便捷、牢固稳定。

（5）本发明接近传感器、伸缩机构、回转机构的走线方式均为暗线，最后通过轨道凹槽，避免线缆之间的缠绕，而且避免外界对线缆的磨损和破坏，走线美观。

附图说明

图1为目前常见的线性模组的结构示意图。

图2为目前常见的线性模组滑座部分的结构示意图。

图3为线性模组安装同步带支撑装置后的结构示意图。

图4为本发明结合时的结构示意图。

图5为本发明升降机构下降时的结构示意图。

图6为本发明伸缩机构收缩时的结构示意图。

图7为本发明回转机构回转360°时的结构示意图。

图8为本发明升降机构上升时的结构示意图。

图9为采用本发明前后同步带的下垂变化情况示意图。

图中标识：1、同步带支撑装置；101、升降机构安装座；102、升降机构；103、伸缩机构安装座；104、伸缩机构；105、支撑轮轴；106、支撑轮；108、接近传感器；109、回转机构；2、第一位置标签；3、第二位置标签；4、线性模组；401、同步带；402、滑座，4021、滚轴，4022、滚轮；403、轨道，4031、凹槽，404、驱动电机，405、主动带轮，406、从动带轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1-2为目前常见的一种线性模组4，线性模组4包括轨道403、滑座402和同步带401，滑座402通过紧固装置固定连接在同步带401上，并在滑座402处完成封闭；轨道403两侧带有滚轴4021，滑座402上带有滚轮4022，滚轮4022能够沿着滚轴4021做直线运动；滑座402下方固定连接移动设备，移动设备可以是检测装置，例如摄像机或红外热像仪，还可以是机器人；这样，在驱动电机的驱动下，同步带401轮带动同步带401运转，进而带动与同步带401固定连接的滑座402沿轨道轴线方向往复运行。

一种线性模组同步带支撑系统，如图3所示，包括线性模组4和安装于线性模组4的同步带支撑装置1，线性模组4包括轨道403、同步带401和滑座402，滑座402沿轨道移动，滑座402运行至同步带支撑装置1之前，同步带支撑装置1脱离同步带401；滑座402运行至同步带支撑装置1之后，同步带支撑装置1结合同步带401。

作为一个具体的实施方式，如图4所示，同步带支撑装置1包括升降机构安装座101、升降机构102、回转机构109、伸缩机构104、伸缩机构安装座103、支撑轮轴105和支撑轮106，升降机构102通过升降机构安装座101与轨道403固定，回转机构109一端与升降机构102固定，另一端与伸缩机构安装座103固定，伸缩机构104一端与伸缩机构安装座103连接，伸缩机构104另一端与支撑轮轴105固定，支撑轮轴105与支撑轮106固定。具体的，支撑轮106通过轴承空套在支撑轮轴105上，支撑轮轴105穿过支撑轮106。升降机构102能够进行升降，伸缩机构104能进行伸缩。回转机构109能够带动伸缩机构104在平面内转动360°。

具体的，轨道403侧面开有凹槽4031，升降机构安装座101通过螺钉与凹槽4031内的螺母固定，如此安装，有利于减小同步带支撑装置1与同步带401之间的距离，从而降低对升降机构的升降行程以及伸缩机构的伸缩行程要求，如此，升降机构和伸缩机构的体积和重量精简，减轻轨道承受的同步带支撑装置重量，缩小同步带支撑装置的体积，且安装便捷、牢固稳定。

作为一个实施方式，升降机构102和伸缩机构104均采用电动推杆，回转机构109采用电动回转马达。电动推杆的伸缩精度较高。电动马达结构简单，重量轻，降低线性模组所承受的负载；体积小，有利于减小同步带支撑装置所占用的空间。本实施例中，采用电动推杆时，电动推杆开有通道，用于供电线缆和控制线缆通过，避免线缆暴露于外界造成对线缆的磨损和破坏，走线也美观。

作为一个实施方式，如图4所示，同步带支撑装置1包括接近传感器108，支撑轮轴105与接近传感器108固定。所述接近传感器108的感应距离应能保证同步带支撑装置1与同步带401结合时，不影响线性模组的正常工作。接近传感器108是一种具有感知物体接近能力的器件，它利用位移传感器对接近的物体具有敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号。本实施例中，采用型号为tap-34x35u1-da3的接近传感器108。

作为一个具体的实施方式，所述支撑轮轴105为空心轴。与接近传感器连接的线缆从支撑轮轴中穿过，利于布线，避免线缆暴露于外界。

作为一个具体的实施方式，如图3所示，轨道403固定有第一位置标签2和第二位置标签3，第一位置标签2和第二位置标签3分别位于同步带支撑装置1的两侧。滑座402安装有位置标签读取装置。具体的，第一位置标签2、第二位置标签3和位置标签读取装置均采用rfid标签。rfid为无线射频识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预。

作为一个实施方式，如图1所示，轨道403设有驱动电机404、主动带轮和从动带轮，驱动电机404与轨道403固定，主动带轮405和从动带轮406位于轨道403两端，驱动电机输出轴与主动带轮405固定，主动带轮405与从动带轮406通过同步带401传动。

作为一个实施方式，滑座402设有控制单元，控制单元分别与接近传感器108、升降机构102、伸缩机构104、回转机构109、位置标签读取装置、驱动电机404电气相连。

作为一个具体的实施方式，轨道403固定有控制箱，所述系统包括控制线缆和动力线缆，升降机构102、回转机构109和伸缩机构104均开有用于线缆通过的通道，控制线缆和动力线缆从控制箱引出，然后依次经过轨道凹槽，升降机构、回转机构和伸缩机构的通道，支撑轮轴的空心轴，最后与接近传感器连接，在走线过程中，分别与升降机构、回转机构和伸缩机构连接，对升降机构、回转机构和伸缩机构进行供电和控制，走线方式均为暗线，不仅避免线缆之间的缠绕，而且避免外界对线缆的磨损和破坏，走线美观。

具体的，本发明实施时有滑座向左运动和向右运动两种情况：

（1）滑座从左向右运动

当读取到第一位置标签时，控制单元结合第一位置标签信息和当前驱动电机的转动方向，向驱动电机发出停止运动的指令；同时向同步带支撑装置发出脱离的指令；当读取到第二位置标签时，控制单元结合第二位置标签信息和当前驱动电机的转动方向，向同步带支撑装置发出结合的指令。

（2）滑座从右向左运动

当读取到第二位置标签时，控制单元结合第二位置标签信息和当前驱动电机的转动方向，向驱动电机发出停止运动的指令；同时向同步带支撑装置发出脱离的指令；当读取到第一位置标签时，控制单元结合第一位置标签信息和当前驱动电机的转动方向，向同步带支撑装置发出结合的指令。

一种线性模组同步带支撑控制方法，如图5-8所示，包括以下步骤：

步骤1：滑座运行至同步带支撑装置前方，控制单元读取驱动电机的当前运转方向，当位置标签读取装置读取到第一位置标签时，向控制单元反馈当前的位置标签信息；所述当前的位置标签信息为第一位置标签；

步骤2：根据线性模组驱动电机的运转方向和位置标签信息，控制单元控制驱动电机停止，所述驱动电机停止是指驱动电机停止运行；

步骤3：控制单元向同步带支撑装置发出控制指令，同步带脱离同步带支撑装置；

步骤4：滑座运行至同步带支撑装置后方，控制单元读取驱动电机的当前运转方向，当位置标签读取装置读取到第二位置标签时，向控制单元反馈当前的位置标签信息；所述当前的位置标签信息为第二位置标签；

步骤5：根据线性模组驱动电机的当前运转方向和位置标签信息，控制单元控制驱动电机停止，所述驱动电机停止是指驱动电机停止运行；

步骤6：控制单元向同步带支撑装置发出控制指令，同步带结合同步带支撑装置。

作为优选的方案，步骤3中，同步带脱离同步带支撑装置的方法包括以下步骤：

步骤3.1、控制单元向升降机构发出控制指令，升降机构下降；

步骤3.2、控制单元向伸缩机构发出控制指令，伸缩机构收缩至最短；

步骤3.3、控制单元向回转机构发出控制指令，回转机构带动伸缩机构和接近传感器转动360°；

步骤3.4、控制单元向升降机构发出控制指令，升降机构上升至极限位置。极限位置是指升降机构所能升降的最大位置。

作为优选的方案，步骤6中，同步带结合同步带支撑装置的方法包括以下步骤：

步骤6.1、控制单元向升降机构发出控制指令，升降机构下降；

步骤6.2、控制单元向回转机构发出控制指令，回转机构带动伸缩机构和接近传感器反向转动360°；

步骤6.3、控制单元向伸缩机构发出控制指令，伸缩机构伸长；

步骤6.4、控制单元向升降机构发出控制指令，升降机构带动伸缩机构和接近传感器靠近线性模组，当接近传感器达到感应距离时，升降机构停止运动。

在图9中，实线为线性模组同步带的下垂情况示意图，虚线为增加2套同步带支撑装置1后同步带的下垂情况示意图。根据材料力学可知，若增加n套同步带支撑装置1，那么最大下垂量将减小为原来的1/(n+1)⁴。通过在线性模组上安装多个同步带支撑装置，可以延长同步带线性模组的使用长度，扩大其应用范围。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。