一種坡度可調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬機(jī)械自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種坡度可調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在研究山羊爬坡等坡度實(shí)驗(yàn)中，缺少一種坡度可任意調(diào)整的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0003] 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非 超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變 化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè) 固定的角度，稱為"步距角"，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。因此，可以通過控 制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控 制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種坡度可調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置，以改善目前坡度實(shí)驗(yàn)研究中，實(shí) 驗(yàn)裝置不能任意調(diào)整角度的現(xiàn)狀。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種坡度可調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置，包 括操作機(jī)構(gòu)、控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和工作臺(tái)，工作臺(tái)包括兩塊斜面板、平面板、豎直導(dǎo) 向桿、齒形軌道以及齒輪，其中，平面板水平滑動(dòng)設(shè)置在豎直導(dǎo)向桿上并能沿導(dǎo)向桿上下滑 動(dòng)，兩塊斜面板的一端分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接在平面板的兩條相對(duì)的邊上，兩塊斜面板的下表面各 轉(zhuǎn)動(dòng)連接一條齒形軌道，齒形軌道為上下平行設(shè)置，并且所述齒輪設(shè)置在兩條齒形軌道之 間，并同時(shí)和兩條齒形軌道嚙合，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)與齒輪連接，操作機(jī)構(gòu)通 過控制器控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由齒輪帶動(dòng)兩條齒形軌道向相反的方向同步移動(dòng)， 以同步調(diào)整兩個(gè)斜面板的坡度以及平面板的高度。
[0006] 進(jìn)一步的，所述的兩根齒形軌道的長(zhǎng)度相同，并且兩條齒形軌道以及齒形軌道與 斜面板連接的連接點(diǎn)均以齒輪為中心成中心對(duì)稱分布。
[0007] 進(jìn)一步的，所述的操作機(jī)構(gòu)采用MCGS。
[0008] 進(jìn)一步的，所述的控制器采用PLC控制器。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果： 第一，本發(fā)明可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求任意調(diào)整坡面的坡度，結(jié)構(gòu)精巧，操作方便，角度調(diào) 節(jié)精確度高； 第二，將齒輪固定于步進(jìn)電機(jī)上，作為動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)情況與受脈沖控制的步進(jìn) 電機(jī)的運(yùn)動(dòng)情況一致；同時(shí)齒輪與兩條齒形軌道嚙合，通過齒輪的動(dòng)力傳動(dòng)作用，將步進(jìn)電 機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳遞給齒形軌道，驅(qū)動(dòng)兩條齒形軌道朝相反的方向運(yùn)動(dòng)，可以保證使用一臺(tái) 步進(jìn)電機(jī)同時(shí)同步調(diào)整兩個(gè)坡面的坡度，并使得該齒形軌道的水平位移同該齒輪的運(yùn)動(dòng)同 步，進(jìn)而保持兩個(gè)坡面的坡度一致； 第三，由于坡面的坡度由坡面的豎直高度和水平長(zhǎng)度決定的，因此在調(diào)整坡度的過程 中，也要保證坡面高度能夠隨之變動(dòng)，所以，斜面板和平面板轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并且平面板與豎直 導(dǎo)向桿滑動(dòng)連接，這樣在斜面板水平移動(dòng)的同時(shí)，可以帶動(dòng)平面板沿豎直導(dǎo)向桿上下豎直 移動(dòng)，以完成坡度的調(diào)整； 第四，兩根齒形軌道以齒輪為中心成中心對(duì)稱分布，可使兩根齒形軌道的運(yùn)動(dòng)保持同 步。以坡度增大為例，當(dāng)坡面的坡度增大時(shí)，平面板需要上升，具體動(dòng)作過程如下：控制器 控制步進(jìn)電機(jī)工作，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒輪以角速度《順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，齒輪進(jìn)而帶動(dòng)齒形軌道運(yùn) 動(dòng)，即位于齒輪上方的齒形軌道在齒輪的帶動(dòng)下，以齒輪的線速度V向右移動(dòng)，與此同時(shí)， 位于齒輪下方的齒形軌道在齒輪的帶動(dòng)下，以齒輪的線速度V向左移動(dòng)，故兩塊斜面板所 成的坡度一致。同理，當(dāng)坡度減小時(shí)，在齒輪的帶動(dòng)下，位于齒輪上下的兩條齒形軌道同時(shí) 運(yùn)動(dòng)，使兩塊斜面板同時(shí)達(dá)到需要的坡度。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明中工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2是本發(fā)明的坡度變化示意圖。
[0012] 圖中標(biāo)記：1、斜面板，2、平面板，3、導(dǎo)向桿，4、齒形軌道，5、齒輪。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖，通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0014] 如圖1所示：一種坡度可調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括操作機(jī)構(gòu)、控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)和工作臺(tái)，工作臺(tái)臺(tái)面呈等腰梯形，由長(zhǎng)方形的平面板2和斜面板1組成，平面板2的短 邊和斜面板1的短邊通過合頁轉(zhuǎn)動(dòng)連接，平面板2的長(zhǎng)邊分別滑動(dòng)設(shè)置在豎直的導(dǎo)向桿3 上，兩塊斜面板1的下表面各轉(zhuǎn)動(dòng)連接一條齒形軌道4,兩條齒形軌道4沿平面板2長(zhǎng)度方 向相互上下平行設(shè)置，使得兩條齒形軌道4上的齒條面對(duì)面設(shè)置，在兩條齒形軌道4中間豎 直設(shè)置與兩條齒形軌道4同時(shí)嚙合的齒輪5,齒輪5由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的操作機(jī)構(gòu)采用MCGS，所述的控制器采用PLC控制器。
[0015]MCGS、PLC控制器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均為現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)其結(jié)構(gòu)不做詳細(xì)描述。
[0016] 在該坡度可調(diào)整的實(shí)驗(yàn)裝置中，選用步進(jìn)電機(jī)作為該實(shí)驗(yàn)裝置的動(dòng)力，而步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)速和停止位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)由作為 控制器的PLC通過指令進(jìn)行控制，而PLC工作指令的控制和實(shí)驗(yàn)裝置工作過程的監(jiān)測(cè)工作 由作為操作機(jī)構(gòu)的MCGS實(shí)現(xiàn)。
[0017] 在調(diào)整坡度時(shí)，利用MCGS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置的坡度設(shè)置、工作過程的可視化監(jiān)測(cè)等操 作，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能，通過PLC控制器進(jìn)行所需脈沖數(shù)的控制，然后通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)設(shè)置，在完成相關(guān)準(zhǔn)備工作之后，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過 齒輪5的動(dòng)力傳動(dòng)，使得兩根齒形軌道4同步朝相反的方向移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)斜面板1水平移 動(dòng)以及平面板2沿導(dǎo)向桿3豎直移動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)斜面板1坡角的改變，達(dá)到坡度可任意調(diào)整 的效果。
[0018] 下面結(jié)合圖2,對(duì)本實(shí)驗(yàn)裝置的坡度調(diào)整過程以及原理進(jìn)行詳細(xì)分析。
[0019] 坡度是地表單元陡緩的程度，通常把坡面的垂直高度h和水平距離1的比叫做坡 度。
[0020] 如圖2所示，等腰梯形AB⑶和等腰梯形A'B'C'D'為兩個(gè)坡度不同的工作 臺(tái)面的示意圖，等腰梯形的底角a和0為坡面的坡角，坡角的正切值即為坡度，其中線段 AD和線段Vf為平面板，AB、CD、A<BWf均為斜面板，即坡面； 當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置的坡角為a時(shí)，
當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置的坡角為0時(shí)，
因此，在實(shí)驗(yàn)裝置的坡角由a變?yōu)?時(shí)，斜面板下端在水平方向的位置由B點(diǎn)變 為B'點(diǎn)，斜面板的水平位移為_:
，由于斜面板的運(yùn)動(dòng)是齒形軌道 拖動(dòng)的原因，且由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知，齒形軌道的水平運(yùn)動(dòng)位移等于斜面板的水平位移，故 當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置的坡度發(fā)生變化，坡角由a變?yōu)?時(shí)，齒形軌道在水平方向上的移動(dòng)距離為
[0021] 在該實(shí)驗(yàn)裝置中，由步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，通過齒輪的動(dòng)力傳動(dòng)作用拖動(dòng)軌 道移動(dòng)，改變坡角，進(jìn)而改變?cè)搶?shí)驗(yàn)裝置的坡度。該實(shí)驗(yàn)裝置中，所選步進(jìn)電機(jī)的步距 :'3_ 角為也，則該步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需的脈沖數(shù)為％，故每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的線位移為
[0022] 當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置的坡度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，斜面板的坡角由a變?yōu)镻，斜面板下端在水平 方向上的位置由B點(diǎn)變?yōu)锽'點(diǎn)，帶動(dòng)斜面板運(yùn)動(dòng)的齒形軌道在水平方向上的移動(dòng)距離為
即齒輪的線位移為，因此，步進(jìn)電機(jī)所需的 脈沖數(shù)為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種坡度可調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括操作機(jī)構(gòu)、控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 和工作臺(tái)，工作臺(tái)包括兩塊斜面板（1)、平面板（2)、豎直導(dǎo)向桿（3)、齒形軌道（4)以及齒輪 (5)，其中，平面板（1)滑動(dòng)設(shè)置在豎直導(dǎo)向桿（3)上并能沿豎直導(dǎo)向桿（3)上下滑動(dòng)，兩塊 斜面板（1)的一端分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接在平面板（2)的兩條相對(duì)的邊上， 兩塊斜面板（1)的下表面各轉(zhuǎn)動(dòng)連接一條齒形軌道（4)，齒形軌道（4)為上下平行設(shè) 置，并且所述齒輪（5 )設(shè)置在兩條齒形軌道（4 )之間，并同時(shí)和兩條齒形軌道（4 )嚙合，步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)與齒輪（5)連接，操作機(jī)構(gòu)通過控制器控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪 (5)轉(zhuǎn)動(dòng)，由齒輪（5)帶動(dòng)兩條齒形軌道（4)向相反的方向同步移動(dòng)，以同步調(diào)整兩個(gè)斜面 板（1)的坡度以及平面板（2)的高度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種坡度可調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的兩條齒形軌 道（4)的長(zhǎng)度相同，并且兩條齒形軌道（4)以齒輪（5)為中心成中心對(duì)稱分布。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種坡度可調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的操作機(jī)構(gòu)采 用 MCGS04. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種坡度可調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：所述的控制器采用 PLC控制器。
【專利摘要】一種坡度可調(diào)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括操作機(jī)構(gòu)、控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和工作臺(tái)，工作臺(tái)包括兩塊斜面板、平面板、豎直導(dǎo)向桿、齒形軌道以及齒輪，其中，平面板水平滑動(dòng)設(shè)置在豎直導(dǎo)向桿上并能沿導(dǎo)向桿上下滑動(dòng)，兩塊斜面板的一端分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接在平面板的兩條相對(duì)的邊上，兩塊斜面板的下表面各轉(zhuǎn)動(dòng)連接一條齒形軌道，齒形軌道為上下平行設(shè)置，并且所述齒輪設(shè)置在兩條齒形軌道之間，并同時(shí)和兩條齒形軌道嚙合，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)與齒輪連接。本發(fā)明由操作機(jī)構(gòu)通過控制器控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，由齒輪帶動(dòng)兩條齒形軌道向相反的方向同步移動(dòng)，以同步任意調(diào)整兩個(gè)斜面板的坡度。
【IPC分類】G05D3/10, G05B19/05, G01C15/00
【公開號(hào)】CN105022337
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510408342
【發(fā)明人】張伏, 王俊, 邱兆美, 王唯, 王甲甲, 毛鵬軍, 馬延武, 鄭莉敏
【申請(qǐng)人】河南科技大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年7月14日