[實用新型]一種用于實驗教學的蹺蹺板平衡控制裝置

有效

• 申請號: 201420487360.4
• 申請日: 2014-08-27
• 公開（公告）號: CN204102445U
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 王富東;楊歆豪;王敬馳;侍曉麗
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本實用新型屬于自動控制技術領域，具體涉及一種用于實驗教學的蹺蹺板平衡控制裝置。

背景技術

在“自動控制原理”及“計算機控制”等相關課程的教學實驗中，一般需要采用實驗裝置配合來講解自動控制的組成、結構、運行與實際效果，使學生對課程的內容有更加深入、全面和具體的理解。

目前用于有關課程教學的實驗裝置很少，深圳的固高公司是在這方面做的比較好的。固高公司在這方面的典型產品有各種類型的倒立擺，自平衡小車、球桿控制和球板控制系統。

倒立擺控制系統是一個復雜的、不穩定的、非線性系統，是進行控制理論教學及開展各種控制實驗的理想實驗平臺，對倒立擺系統的研究能有效的反應控制中的許多典型問題，如：非線性問題、魯棒性問題、鎮定問題、隨動問題以及跟蹤問題等，通過對倒立擺的控制用來檢驗新的控制方法是否有較強的處理非線性和不穩定性問題的能力，同時其控制方法在軍工、航天、機器人和一般工業過程領域中都有著廣泛的用途，如機器人行走過程中的平衡控制、火箭發射中的垂直度控制和衛星飛行中的姿態控制等。

但該類產品結構及其制作工藝相對復雜，生產成本較高，其售價一般在幾萬元到幾十萬元不等，費用昂貴，而教學實驗的經費有限，難以購買優質且實用的實驗產品。

而且，倒立擺在運行時速度較高，一般需要人員離開一定安全距離。如果控制不當，或者發生故障，擺桿有可能甩出傷人，存在相應的安全隱患。

鑒于以上問題，有必要提出一種結構更為簡單、實用且廉價的實驗產品，在便于實驗教學的同時，降低實驗裝置對人身的危害。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型提供了一種用于實驗教學的蹺蹺板平衡控制裝置，通過設置檢測元件可精確的檢測蹺蹺板的傾角，調整部件可根據傾角的大小進行擺動調整，實現蹺蹺板的自動控制平衡實驗，且該裝置的數學模型與倒立擺基本相同，而機械結構及制作工藝相對簡單，制造成本很低。且安全性好。

根據本實用新型的目的提出的一種用于實驗教學的蹺蹺板平衡控制裝置，包括蹺蹺板、位于所述蹺蹺板中心處的支撐機構、檢測所述蹺蹺板傾角的檢測元件、調整所述蹺蹺板平衡的調整部件、以及控制部件，所述控制部件分別與所述檢測元件及所述調整部件電連接；

所述調整部件包括設置于所述蹺蹺板上的配重元件、以及驅動所述配重元件向蹺蹺板兩端擺動的驅動元件，所述驅動元件與所述控制部件電連接。

優選的，所述驅動元件為固定設置于所述蹺蹺板上的舵機，所述配重元件為固定設置于所述舵機轉軸上的擺錘，所述擺錘隨舵機轉軸的轉動而產生擺動。

優選的，所述舵機設置于所述蹺蹺板中心位置處。

優選的，所述檢測元件為樹脂電位器或旋轉編碼器，所述檢測元件與所述支撐機構集成于一體，所述檢測元件的轉軸為所述蹺蹺板的轉軸，所述蹺蹺板轉動固定于所述檢測元件的轉軸上。

優選的，所述檢測元件為MEMS重力傳感器，所述MEMS重力傳感器設置于所述蹺蹺板上。

優選的，所述檢測元件為光電傳感器，所述光電傳感器對稱固定于所述蹺蹺板兩端對應的水平面上。

優選的，所述控制部件為具有A/D功能和PWM輸出功能的單片機。

優選的，所述平衡控制裝置還包括通信模塊。

優選的，所述通訊模塊采用藍牙無線通信；或所述通信模塊的通信接口為UART接口，所述通信模塊通過UART轉USB轉換器連接至計算機的USB接口。

優選的，所述控制部件上還具有鍵盤操作模塊和液晶顯示模塊。

與現有技術相比，本實用新型公開的用于實驗教學的蹺蹺板平衡控制裝置的優點是：該裝置包括蹺蹺板以及電連接的檢測元件、控制部件及調整部件；檢測元件檢測蹺蹺板的傾斜角度，并將該信息反饋給控制部件，控制部件通過運算得出使蹺蹺板平衡配重元件所需的擺動角度，并輸出控制信號給驅動元件，驅動元件帶動配重元件偏轉所需角度以控制蹺蹺板的平衡。該裝置的數學模型與倒立擺基本相同，但其機械結構及制作工藝相對簡單，制造成本很低，且具有很高的安全性，在任何情況下都不會對周圍人員造成傷害，適用于教學實驗的使用。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為用于實驗教學的蹺蹺板平衡控制裝置實施例1的結構示意圖。