[發明專利]一種平衡球滾動控制示教系統裝置

在審

• 申請號: 201810231754.6
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108510865A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 劉林;王欣
• 申請（專利權）人: 南京鐵道職業技術學院
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明公開了一種平衡球滾動控制示教系統裝置，包括平臺架以及擺動桿和平衡球，擺動桿設有直線導軌副；直線導軌副包括直線導軌和導軌滑塊；平臺架中安裝有滾珠絲杠副，滾珠絲杠副包括受步進電機驅動的絲杠和絲杠滑塊，絲杠滑塊與導軌滑塊相連接；平臺架上安裝在單片機，擺動桿上設有平衡球位置傳感器，平臺架中裝有上限位置傳感器和下限位置傳感器，單片機依據平衡球位置傳感器反饋的平衡球滾動位置信號、上限位置傳感器反饋的絲杠滑塊的上限信號和下限位置傳感器反饋的絲杠滑塊的下限信號控制步進電機，步進電機旋轉驅動滾珠絲杠副利用直線導軌副調節擺動桿的傾斜角度，實現平衡球在擺動桿上靜止或做周期性往復滾動的精控示教。

技術領域

本發明涉及教學儀器的設計技術，特別是一種平衡球滾動控制示教系統裝置。

背景技術

目前，現有的小球滾動控制系統中，主要是采用懸線控制擺桿角度的方法，這種方式精度性相對較差，并且數學模型也較為復雜，較難實現小球的精確控制。同時現有專利對小球滾動整體系統結構框架的設計也存在一定的缺陷，造成可靠性不高，且在控制算法軟件上也沒有相關的具體描述細節。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀，而提供性能穩定、控制精確，能加深學生對自動控制相關概念理解與應用掌握的一種平衡球滾動控制示教系統裝置。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種平衡球滾動控制示教系統裝置，包括作為基礎平臺的平臺架以及左端經橫轉軸轉動鉸鏈在平臺架中的擺動桿和設置在該擺動桿上能沿擺動桿導向來回滾動的平衡球，擺動桿的右端為自由端，該擺動桿的右端設有直線導軌副；直線導軌副包括固定在擺動桿右端一側面上的直線導軌和與該直線導軌滑動配合的導軌滑塊；平臺架中縱向安裝有滾珠絲杠副，滾珠絲杠副包括受步進電機驅動的絲杠和與絲杠螺旋配合能沿絲杠上下移動的絲杠滑塊，絲杠滑塊與導軌滑塊相連接；平臺架上安裝在單片機，擺動桿上間隔設有多個與單片機信號相連的平衡球位置傳感器，平臺架中安裝有用于限定絲杠滑塊移動最大上限的上限位置傳感器和用于限定絲杠滑塊移動最大下限的下限位置傳感器，單片機依據平衡球位置傳感器反饋的平衡球滾動位置信號以及上限位置傳感器反饋的絲杠滑塊的上限信號和下限位置傳感器反饋的絲杠滑塊的下限信號經內部綜合運算處理后電信號控制步進電機的旋轉方向，該步進電機旋轉驅動滾珠絲杠副利用直線導軌副帶動擺動桿以橫轉軸為旋轉軸心上下旋轉調節擺動桿的傾斜角度控制平衡球的預定運動軌跡，實現平衡球在擺動桿上靜止或做周期性往復滾動的精控示教。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

上述的擺動桿為斷面呈正方形的鋁合金空心管，該擺動桿的上端面成型有凹入的用于為平衡球的滾動提供導向的軌道槽，平衡球放置在該軌道槽中，擺動桿的左端設置有限定平衡球處于最左端位置的左限位擋板，該擺動桿的右端設置有限定平衡球處于最右端位置的右限位擋板。

上述的直線導軌加工有燕尾形導向槽道，導軌滑塊設置于該燕尾形導向槽道中并能沿燕尾形導向槽道來回滑動，導軌滑塊的橫截面呈梯形結構，該導軌滑塊上成型有與絲杠滑塊轉動相連接的連接柱。

上述的絲杠的外周面加工有外螺紋，絲杠滑塊加工有與該外螺紋螺旋配合的螺紋孔，絲杠滑塊成型有連接腔，連接柱伸入到該連接腔中，并且連接柱位于連接腔的部分上套裝有使導軌滑塊能相對絲杠滑塊旋轉連接的推力軸承以及防止推力軸承脫出的擋圈。

上述的平臺架為由四根立柱、四根長橫桿和至少四根短橫桿通過焊接或通過三角件組裝構成的一種長立方形框架；橫轉軸的兩端定位支撐在兩相應的立柱上，擺動桿的左端加工有轉軸孔，該轉軸孔中安裝有與橫轉軸轉動穿設配合的擺動桿軸承。

上述的擺動桿上采用自攻螺釘安裝有傳感器支架，傳感器支架呈L形，平衡球位置傳感器安裝在傳感器支架上。

上述的擺動桿上間隔設有三個平衡球位置傳感器，三個平衡球位置傳感器由左至右依次為A0傳感器、A1傳感器和A2傳感器。