專利名稱:使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種使用夾具將物體可分離地固定到預(yù)定的基座材料的系 統(tǒng),尤其涉及一種系統(tǒng),其中,適當(dāng)組合諸如各種類型的機(jī)械部件、傳感 器等(在下文中,包括實(shí)施例中,稱為"單元,,)的設(shè)備組成單元,以構(gòu)造 單元組成體并執(zhí)行實(shí)驗(yàn)、研究、教學(xué)等功能或所述單元組成體的類似工作。
背景技術(shù):
以自動(dòng)設(shè)備為例,該自動(dòng)設(shè)備需要構(gòu)成向物體傳遞目標(biāo)操作的輸出終 端部分的機(jī)械部件、用于驅(qū)動(dòng)所述機(jī)械部分的操作(互鎖)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu),以 及用于驅(qū)動(dòng)所述操作轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述自動(dòng)設(shè)備還需要向驅(qū)動(dòng)源
信息的傳感器。 、,'。、 、,、
為了設(shè)計(jì)所述自動(dòng)設(shè)備,自然需要先進(jìn)的技術(shù)知識(shí)。即使擁有這種知 識(shí),當(dāng)裝配各類型的單元使得能夠在構(gòu)造真實(shí)設(shè)備之前檢查其真實(shí)運(yùn)行狀 態(tài)時(shí),也可能會(huì)發(fā)現(xiàn)在不能實(shí)行的狀態(tài)中不能預(yù)料的問題,并能做出適當(dāng) 的設(shè)計(jì),其中通過改變單元的組*出設(shè)計(jì)和改動(dòng)以得到更有效的配置。 此外,除了上述擁有技術(shù)知識(shí)的人,這種靈活的組合單元優(yōu)選地也用作教 學(xué)設(shè)備來提高學(xué)生等人的技巧。
考慮到上述情況,本發(fā)明人已經(jīng)提出"自動(dòng)化機(jī)械研究教學(xué)設(shè)備",批
露在日本專利申請(qǐng)公開No.06-8980中,此設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各種類型的研 究設(shè)施和教學(xué)設(shè)施,在諸如大學(xué)和技術(shù)高中普及推廣。
在上述專利文件所述的發(fā)明中,制造了大量組成自動(dòng)i殳備的各種單元, 設(shè)備的用戶(下文中簡單地指代"用戶"),如i殳計(jì)師和學(xué)生,適當(dāng)?shù)剡x擇 適合他們自己的設(shè)計(jì)的單元并裝配所選單元,從而完整的構(gòu)建一個(gè)機(jī)械裝圖12示出在上述文件中提出的i殳備的示例性結(jié)構(gòu)。
在具有圖示結(jié)構(gòu)的設(shè)備中,相對(duì)于軌10Y放置有很多個(gè)沿X方向放置 的軌10X,其與沿Y方向放置的軌10Y垂直,并且每條軌10X對(duì)于每個(gè) 單元來說是直接附著物。就是說,每個(gè)單元選取預(yù)定的軌10X以確定所述 Y方向的附著位置,并在軌10X的軸向上識(shí)別指定軌10X的預(yù)定位置以在 該X方向提供定位。這樣,每個(gè)單元在所述X和Y方向上的位置得以確 定,將每個(gè)單元耦合以完整地組成特定設(shè)備(^裝置)。
雖然近乎多余,為了說明本發(fā)明的可用性,將在下面描述圖9所示機(jī) 械裝置的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行狀態(tài)等。
圖12中構(gòu)造的系統(tǒng)是一種同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),其中皮帶傳送機(jī)的同步與電 動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)給螺桿相匹配。皮帶傳送機(jī)的主體16a固定于單元的基座 16b上,而基座16b通過螺栓16c固定在軌10X軸向上的任意位置。所有 固定其他單元的螺栓下面用參考字符B表示。根據(jù)上述各個(gè)單元組成的整 個(gè)機(jī)構(gòu)的安置狀態(tài)選擇所述各單元應(yīng)附著其上的軌IOX,而所述各個(gè)單元 通過螺栓B沿所選軌10X軸向固定在適當(dāng)位置?;牧系穆菟ㄖ蓖ú糠?是橢圓孔,做成這樣的結(jié)構(gòu),使得可以在Y方向上對(duì)位置進(jìn)行微調(diào)。
下面將描述固定于各軌10X上的各個(gè)單元。參考數(shù)字17表示有減速 機(jī)構(gòu)的可逆電動(dòng)機(jī)單元,是一個(gè)傳動(dòng)裝置單元。參考數(shù)字18表示正交轉(zhuǎn)換 螺旋進(jìn)給單元,是一種用于操作轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置單元,其通過耦接頭29 與有減速機(jī)構(gòu)的可逆電動(dòng)機(jī)單元17耦合。
參考數(shù)字19指平動(dòng)臺(tái)類型的單元,其分類為一類輸出終端單元或操作 轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)單元,其通過桿20與正交轉(zhuǎn)換螺旋進(jìn)給單元18耦合。參考數(shù)字 21指反射光電傳感器單元,其是一種傳感器單元。單元21與平動(dòng)臺(tái)類型 的單元19相鄰放置,從而檢測該平動(dòng)臺(tái)類型單元中平動(dòng)臺(tái)的移動(dòng),使其位 置信號(hào)顯示在計(jì)算機(jī)的顯示屏(圖中未示出)上。
參考數(shù)字22指油/空氣轉(zhuǎn)換缸單元,其為一種傳動(dòng)器。參考數(shù)字23代 表單向離合器單元,其為操作轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu),且其通過桿24與油/空氣轉(zhuǎn)換釭單元22耦合。皮帶傳送機(jī)單元16與單向離合器單元23耦合。將這些單元 各自與其他單元機(jī)械顯著地耦合,以在一體內(nèi)構(gòu)造完整的機(jī)械系統(tǒng),即皮 帶傳送機(jī)的同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于采用此種結(jié)構(gòu),當(dāng)在系統(tǒng)中運(yùn)作時(shí),油/ 空氣轉(zhuǎn)換缸單元22中的油/空氣轉(zhuǎn)換缸由光電傳感器單元21的光電傳感器 的信號(hào)驅(qū)動(dòng),皮帶傳送機(jī)單元16中的皮帶傳送機(jī)每次僅作單向部分的驅(qū) 動(dòng)。
接著,這些單元與控制面板ll的預(yù)定控制電路耦合,以使各個(gè)組成單 元執(zhí)行預(yù)定操作。例如,通過連接放置的多個(gè)中繼終端的預(yù)定線路部分, 或者將它們與組合中繼電路連接以基于預(yù)定的控制順序來控制機(jī)構(gòu),這樣 的構(gòu)造可以使用戶構(gòu)造所期望的控制系統(tǒng)。
具有減速機(jī)構(gòu)的可逆電動(dòng)機(jī)單元17通過由上述構(gòu)造的控制系統(tǒng)的操 作信號(hào)來操作,它的驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為正交轉(zhuǎn)換螺旋進(jìn)給單元18的線性運(yùn)動(dòng)。 在此情況下,通過將有減速機(jī)構(gòu)的可逆電動(dòng)機(jī)單元17與定時(shí)器25相連, 電動(dòng)機(jī)單元17的可逆電動(dòng)機(jī)在預(yù)置時(shí)間實(shí)現(xiàn)相位反轉(zhuǎn),以使同一單元18 的進(jìn)給螺桿前進(jìn)或后退。進(jìn)給螺桿的運(yùn)轉(zhuǎn)通過桿20傳送至平動(dòng)臺(tái)類型單元 19的平動(dòng)臺(tái),以使該臺(tái)前進(jìn)或后退。反射光電傳感器單元21探測到所述 臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài),輸出其位置信號(hào)至計(jì)算機(jī)等,以用作驅(qū)動(dòng)所述皮帶輸送機(jī) 單元的定時(shí)信號(hào)。此外,可以再將定時(shí)器25并入中繼電路,以通過控制電 路開/關(guān)的方法改變控制。
通過桿22,油/空氣轉(zhuǎn)換缸單元22的驅(qū)動(dòng)力傳送至單向離合器單元23, 以提供間歇的運(yùn)轉(zhuǎn)。通過該間歇運(yùn)轉(zhuǎn),使皮帶輸送機(jī)單元16的皮帶輸送機(jī) 間歇的運(yùn)轉(zhuǎn)。
由于上文中清楚說明了示例性結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行狀態(tài),在本發(fā)明人已預(yù)先 提出的系統(tǒng)中,多個(gè)用來組成所述設(shè)備的單元4皮分別放置并固定于所需的 位置,使得依照預(yù)定目標(biāo)自由的構(gòu)造系統(tǒng)成為可能。
在上述設(shè)備中,當(dāng)適當(dāng)?shù)难b配和運(yùn)轉(zhuǎn)所需機(jī)構(gòu)時(shí),通過滿足下列必要 條件所述設(shè)備的可用性將會(huì)進(jìn)一步提高。 (1)適當(dāng)?shù)匕才鸥鱾€(gè)單元。如果各個(gè)單元的安排不適當(dāng),例如,驅(qū)動(dòng)力在從驅(qū)動(dòng)單元向另一單元 傳輸過程中可能發(fā)生損耗,或者,如果是平移驅(qū)動(dòng),可能會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)方向 漂移的問題。此外,就所述傳感器單元而言,如果傳感位置不適當(dāng),不能 精確地測量另一單元的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),從而,對(duì)信號(hào)的定時(shí)也變得不適當(dāng)。
(2) 牢固地安置每個(gè)機(jī)械組成單元。 在驅(qū)動(dòng)單元和從所述驅(qū)動(dòng)單元接收驅(qū)動(dòng)力以執(zhí)行預(yù)定操作的單元中,
會(huì)產(chǎn)生一種應(yīng)力,這種壓力使得整個(gè)單元在所述驅(qū)動(dòng)力的反作用力作用下, 沿驅(qū)動(dòng)方向的相反方向移動(dòng)。就是說,當(dāng)各個(gè)單元未被牢固的固定時(shí),各 個(gè)單元的位置可隨著所述驅(qū)動(dòng)力的反作用力而改變,由于諸如凸輪的驅(qū)動(dòng) 體反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn),其中轉(zhuǎn)動(dòng)軸是偏心的而導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)缺陷,整個(gè)機(jī)構(gòu)會(huì)處于一種 由振動(dòng)等導(dǎo)致的所謂咔嗒作響的狀態(tài)(clattering state),以致整個(gè)機(jī)構(gòu)最 終無法運(yùn)轉(zhuǎn)。
(3) 易于改動(dòng)各個(gè)單元的安排位置。
例如,在前后或者根據(jù)在一個(gè)單元與另一單元交換時(shí)的情況顛倒放置 預(yù)定單元的情況下,或者在幾次孩i調(diào)單元的安朝一位置的情況下,有必凍—吏 單元相對(duì)于附著物如軌10X易于附著和分離。這里,容易附著和分離是指 附著和分離的操作簡單、該操作不需要特殊工具,而且不必用很大的力。 簡而言之,這是指附著/分離和移動(dòng)單元能在短時(shí)間內(nèi)完成,操作中不需要 特殊技能、工具和4艮大的力。
這一點(diǎn)與上述的要求(2)相沖突。矛盾關(guān)系通??赡苁沁@樣造成的 當(dāng)牢固的固定單元時(shí),附著和分離的方便性會(huì)降低;當(dāng)提高附著和分離的 方便性時(shí),又會(huì)犧牲固定的牢固程度。然而,如果這兩個(gè)屬性能彼此共存, 作為設(shè)備在其可用性上將會(huì)邁出 一 大步。
考慮到上述觀點(diǎn)中的上述現(xiàn)有技術(shù),從能夠組成幾乎所有所需要的機(jī) 械裝置這個(gè)角度說,作為設(shè)備它幾乎是完美的。但是,由于每個(gè)機(jī)械裝置 通過圖12所示的螺栓B固定到預(yù)定的軌IOX,通過檸緊螺栓B能夠容易 地滿足關(guān)于* (2)中牢固地固定各個(gè)單元。然而,需要諸如螺絲起子和 活洛板手的工具以固定螺栓,而且每次進(jìn)行位置的微調(diào)都需要重復(fù)松開和擰緊螺栓B的操作。因此,難以實(shí)現(xiàn)(3)中的應(yīng)當(dāng)易于對(duì)單元的安排進(jìn) 行微調(diào)。此外,各單元的所述螺栓直通孔是在Y方向延伸的橢圓孔用于微 調(diào),以進(jìn)行Y方向上的微調(diào)的方式也遠(yuǎn)遠(yuǎn)稱不上是便利地進(jìn)行微調(diào)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供研究和教學(xué)的系統(tǒng),通過該系統(tǒng),不損害本發(fā)明 人先前已提出的現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和效果,就能實(shí)現(xiàn)以上現(xiàn)有技術(shù)還未實(shí)現(xiàn) 的技術(shù)目標(biāo)。
也就是說,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng),其中括機(jī) 械元件、光學(xué)元件、如傳感器的測量元件等多個(gè)單元,皮組合以形成單元組 成體,其為在整體上具有特定功能的機(jī)器,并才艮據(jù)所述單元組成體的功能 實(shí)施實(shí)驗(yàn)和教學(xué)。通過構(gòu)造各個(gè)單元,使其能適當(dāng)?shù)陌仓糜诖判曰牧?上的任意位置,并通過使用磁力的夾具將所述各單元可分離的在所述任意 位置上固定到所述基座材料,使得所述單元固定到所述基座材料,以使能 對(duì)所述單元在位置上相互調(diào)整,從而構(gòu)建所述單元組成體。
例如,用鐵類金屬制成的磁性平板作為放置單元的基座材料,并將具 有預(yù)定功能的單元放置在所U座材料上以形成單元組成體作為在整體上 具有特定目標(biāo)的機(jī)器。在此情況下,通過使用由磁力可分離地吸附到所述 基座材料上的夾具,將所述各單元在預(yù)定位置固定到所述基座材料。從而 用這種方式固定所述各個(gè)單元,使得其位置調(diào)整可能形成單元組成體,該 單元組成體即為想得到的機(jī)械。因此,進(jìn)行有關(guān)所述單元組成體的功能的 實(shí)驗(yàn)和研究,并進(jìn)行有關(guān)所述整個(gè)單元組成體的功能和屬性的改變等的研 究,例如,通過將一個(gè)預(yù)定單元改成另一個(gè)單元。
圖1示出可分離機(jī)構(gòu)的透視圖,其中圖1A示出對(duì)于目標(biāo)的可吸附情 形,圖1B顯示的是對(duì)于所述目標(biāo)的可分離情形;
圖2是可分離機(jī)構(gòu)的剖面圖,其示出在圖1所示可分離機(jī)構(gòu)吸附到基座材料的情形下磁力線透過的情形;
圖3是夾具的透視圖,其示出將第一實(shí)施例的夾具固定到所述基座材 料的情形;
圖4示出圖3所示夾具的剖面圖,其中圖4A是沿圖3中線A-A的剖 面圖,圖4B是沿圖3中線B-B的剖面圖5示出第二實(shí)施例的可分離機(jī)構(gòu)的剖面圖6示出包含有圖5所示可分離機(jī)構(gòu)的夾具,其中圖6A是所述夾具
的側(cè)視圖,圖6B是其主視圖7A和圖7B是"i兌明用夾具固定單元的基座的情形的示意圖8示出第三實(shí)施例的夾具的透視圖,其中圖8A示出所述夾具吸附
到基座材料的情形,圖8B示出通過使用杠桿將所述夾具從所述基座材料
分離的情形;
圖9示出第四個(gè)實(shí)施例中夾具的透視圖,其中圖9A示出夾具吸附到 基座材料的情形,圖9B示出通過使用螺栓將所述夾具從所述基座材料分 離的情形;
圖IO示出通過使用圖6所示夾具將機(jī)構(gòu)的組成單元固定的情形,其中 圖IOA示出在正在對(duì)單元進(jìn)行固定的階段該單元的側(cè)視圖,而圖IOB示出 完成各個(gè)單元的固定后的情形所述單元的側(cè)視圖IIA、圖IIB和圖IIC是各單元的透視圖,其示出對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行固 定的例子;
圖12,是透視圖,其示出本發(fā)明者先前提出的自動(dòng)化機(jī)械研究教學(xué)設(shè)備 的示例性結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例
將參考附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1至圖4示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的單元的夾具的結(jié)構(gòu)。
圖l和圖2是大體上示出夾具的可分離才/L^J的結(jié)構(gòu)的示圖,根據(jù)第一實(shí)施例,該可分離機(jī)構(gòu)要容納在所述夾具中。
可分離機(jī)構(gòu)使用7JC磁體,如稍后將描述的,控制所述永磁體磁力線的
滲透情況以使所i^L構(gòu)與吸附目標(biāo)的基座材料吸附或分開。所述可分離機(jī) 構(gòu)由圖中顯示的2個(gè)塊30和31組成,塊30和31都是這樣構(gòu)造的,4吏得 它們能繞其軸心相對(duì)旋轉(zhuǎn)。在下面的描述中,對(duì)旋轉(zhuǎn)塊3情況進(jìn)行舉例并 加以解釋。在圖示結(jié)構(gòu)中,塊30和31都加工成圓柱形狀。
首先,描述塊30的結(jié)構(gòu)。參考數(shù)字32是加工成板狀的永磁體,其被 構(gòu)造為具有這種程度的強(qiáng)力的磁體能將整個(gè)夾具牢固地吸附和固定到所 述基座材料上。由透磁性材料制成的塊組成體33a和33b放置并固定在永 磁體32上,使得將永磁體32夾在其間,從而在整個(gè)上完整地構(gòu)造圓柱形 第一塊30。永磁體32放置在塊30里面,使得各磁極定位在圓柱形第一塊 30的兩端表面上。
接著,第二塊31由具有類似于第一塊30的透磁性的塊組成體34a、 34b和由這些塊組成體34a和34b夾著的隔板35組成。第二塊31構(gòu)造成 圓柱形,從外形上看,其具有與第一塊30基本相同。然而,與永磁體32 不同,隔板35是非磁性材料。因此,所述隔板將被稱為非磁性隔板。
將上述第一塊30的一端表面和第二塊31的一端表面相互緊密接觸地 放置于使塊30可繞其軸心旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。這樣,如圖1A所示,當(dāng)?shù)谝粔K的 各塊組成體33a和33b的端表面與第二塊的各塊組成體34a和34b的端表 面整體上處于互相緊密接觸的狀態(tài)時(shí),這些各自的塊組成體成為一體以構(gòu) 成一透磁性路徑。因此,7^Ut體32的磁力線透過作為固定目標(biāo)物的基座材 料36,如圖2所示。就是說,當(dāng)各塊30、 31處于圖1A所示狀態(tài)時(shí),由塊 30、 31組成的可分離機(jī)構(gòu)被牢固的吸附到基座材料36。
同時(shí),如圖1B所示,當(dāng)處于圖1A狀態(tài)的第一塊30旋轉(zhuǎn)90度時(shí),塊 30、 31中塊組成主體的結(jié)合被取消。因此,永磁體32的磁力線僅穿透第 一塊的塊組成體33a、 33b和第二塊的塊組成體34a、 34b,并不到達(dá)作為 吸附表面的第二塊31底端。所以,對(duì)基座材料36的吸附力不會(huì)在笫二塊 端表面的可分離才幾構(gòu)的吸附表面(如圖1中圖示的第二塊一端表面)上產(chǎn)生。就是"i兌,只讓第一塊30和第二塊31繞其軸心旋轉(zhuǎn)卯度,就能控制永 磁體32的磁力線的穿透,從而十分容易地將結(jié)合可分離機(jī)構(gòu)的夾具體附著 到所述基座材料上和與其分離。另外,雖然能在第一塊30和第二塊31相 對(duì)旋轉(zhuǎn)90度時(shí)控制永磁體32的磁力線,卻難以實(shí)現(xiàn)使牢固吸附到基座材 料36上的第二塊31旋轉(zhuǎn)。因此,通過旋轉(zhuǎn)第一塊30來控制第二塊吸附表 面上的磁力線是現(xiàn)實(shí)可行的。
圖3和圖4圖示結(jié)合圖1和圖2所示吸附機(jī)構(gòu)的夾具。
參考數(shù)字40表示該夾具,參考數(shù)字37表示旋轉(zhuǎn)筒,參考數(shù)字38表示 固定筒。旋轉(zhuǎn)筒37被構(gòu)造為相對(duì)固定筒38可旋轉(zhuǎn)。在固定筒38上部的外 圍,形成像凸緣一樣凸出的壓緊部分38A。在壓緊部分38A中,在其底面 圓周方向,朝著下面將描述的固定目標(biāo)的方向,嵌入有多個(gè)用橡膠這樣的 柔性材料制作的用于防滑的部件(在下文中稱為"防滑部件")39。
在旋轉(zhuǎn)筒37內(nèi)部,放置和固定了具有與圖l和圖2所示類似的板狀結(jié) 構(gòu)的7Jc磁體32和塊組成體33a、 33b,使塊組成體33a、 33b將永磁體32 夾在中間。就是i兌,圖1和圖2所示的,皮固定于旋轉(zhuǎn)筒37內(nèi),并且第一塊 30被構(gòu)造為與旋轉(zhuǎn)筒37 —起旋轉(zhuǎn)。
由被塊組成體34a、 34b夾在其間的非磁性隔板35組成的每二塊31 被加工、放置并固定在該筒內(nèi)。盡管在圖3中銷42從旋轉(zhuǎn)筒37頂部凸出 作為用于旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)筒37的柄,這些銷在圖4中省略。
考慮到上述結(jié)構(gòu),圖4A中第一塊30的永磁體32和第二塊31的非磁 性隔板35相互垂直,并且如圖所示,在固定筒38內(nèi),第一塊的塊組成體 33a、 33b和第二塊的塊組成體34a、 34b未結(jié)^^來。因此,7^C磁體32的 磁力線未到達(dá)固定塊31的底端,因此,所述夾具不被吸附到基座材料36, 而是處于可自由移動(dòng)的狀態(tài)。
在圖3中,參考數(shù)字41表示機(jī)構(gòu)組成單元的基座,并且各個(gè)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定 固定到基座41。各單元的基座上41形成用于安裝各夾具40的槽口 41a。 當(dāng)本機(jī)構(gòu)組成單元的基座41放置在基座材料36的預(yù)定位置上時(shí),夾具40 的固定筒38定位于該槽口處。在此狀態(tài)下,從固定筒38外圍突出的壓緊部分38A上提供的防滑部件39與基座41的表面鄰接。
當(dāng)基座41放置于基座材料36上適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí),將放置在槽口 41a上 的夾具40的旋轉(zhuǎn)筒37向鎖定方向旋轉(zhuǎn)90度。這樣,如圖4B所示,第一 塊30的塊組成體33a、 33b和第二塊31的塊組成主體34a、 34b結(jié)^^來, 并且永磁體32的磁力穿透基座材料36,這樣夾具40就牢固地吸附到基座 36。在此情況下,由于夾具40的防滑部件39的底端部分與基座材料36 之間的間隙Wl被設(shè)定為比基座41的厚度小的值,夾具40被牢固地吸附 到基座材料36上,使防滑部件39變形并被壓緊以消除該差異以壓靠在基 座41上,如圖4B所示。更具體地,夾具40自身被穩(wěn)固和牢靠地固定到 基座材料36,而基座41被夾具40通過防滑部件39牢固地固定于預(yù)定位 置。如果要進(jìn)行對(duì)基座41位置的微調(diào),通過使旋轉(zhuǎn)筒37向解鎖側(cè)旋轉(zhuǎn)90 度一次,可完全#^;故該固定狀態(tài)。因此,在這此情況下,基座41的放置位 置得到微調(diào),而且在微調(diào)完成后,向鎖定側(cè)再次旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)筒37,以牢固地 固定該基座。
在圖3所示的結(jié)構(gòu)中,銷43從夾具40突出,銷43插入并定位其中的 銷通孔41b在基座41上形成。當(dāng)安置夾具40時(shí),銷43被插入銷通孔41b 中,這樣易于進(jìn)行對(duì)夾具40的操作。
由于固定筒38側(cè)被夾具40同基座41牢固和穩(wěn)定地固定到基座材料 36上,旋轉(zhuǎn)筒37在上部能夠容易地被旋轉(zhuǎn)到開鎖狀態(tài)。但是,在夾具40 安置在所述槽口并且旋轉(zhuǎn)筒37從解鎖狀態(tài)被旋轉(zhuǎn)以到鎖定狀態(tài)的情況下, 當(dāng)開始旋轉(zhuǎn)筒37的旋轉(zhuǎn)時(shí),固定筒38未吸附到基座材料36上,這可能引 起固定筒38與旋轉(zhuǎn)套筒37同步旋轉(zhuǎn),或者可能改變整個(gè)夾具40的位置。 因此,用戶必須考慮的是用一只手將固定筒38牢固地固定,并且在此狀態(tài) 中旋轉(zhuǎn)筒37被小心地旋轉(zhuǎn)。在本例中,當(dāng)銷43與銷通孔41b相嚙合時(shí), 不管處于鎖定狀態(tài)還是解鎖狀態(tài),都用一只手旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)套筒37,使得夾具 40能容易地被吸附和分離。
第二實(shí)施例圖5和圖6示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例中的夾具43。
圖5示出要容納在夾具43中的可分離機(jī)構(gòu)的組成狀況,其中,參考數(shù) 字44a、 44b指用透磁性材料制作的塊組成體,參考數(shù)字45a、 45b指被塊 組成體44a、 44b夾在中間的非磁性隔板。參考數(shù)字46指形成軸心在與圖 垂直的方向上的圓柱形的永磁體。各磁極在該圓柱形狀的徑向形成,并且 永磁體46能繞該塊內(nèi)的軸心旋轉(zhuǎn)。
在圖5的狀態(tài)中,7Jc磁體46的磁極被定位以面對(duì)各自的塊組成主44a、 44b放置,這樣,永磁體46的磁力線通過基座材料36透過到塊組成體44a、 44b。就是說,當(dāng)如圖所示水平的定位永久磁體46的磁極時(shí),此可分離機(jī) 構(gòu)4皮牢固地吸附和固定到基座材料36上。此外,當(dāng)通過將永磁體46從此 狀態(tài)旋轉(zhuǎn)90度,各磁極被定位于非磁性隔板側(cè)時(shí),所池磁力線不從塊組成 體44a、 44b中穿透出來,從而使可分離^失去吸附力。
圖6A和圖6B的夾具43示出基于上述結(jié)構(gòu)構(gòu)造的夾具。參考數(shù)字47 表示用于使形成該夾具43的一部分的永磁體46旋轉(zhuǎn)的杠桿。通過操作杠 桿47,將永磁體46的磁極改變卯度,以使夾具43吸附至基座材料36或 從其分離,如圖5所示。
參考數(shù)字"A指壓緊部分,其從基本上形成矩形的夾具主體43的側(cè) 壁部分凸出。這些壓緊部分43A被牢固地固定到夾具主體43,使得能通過 螺栓43Aa進(jìn)行垂直方向上位置的調(diào)整。防滑部件39從壓緊部分43A向固 定目標(biāo)的方向凸出,類似于夾具40。
這里,防滑部件39的功能(特性)下面將參考圖7進(jìn)行詳細(xì)描述。圖 7示意性地示出所述夾具的結(jié)構(gòu)。
就是說,假定由夾具43的磁力產(chǎn)生的吸附力Fl為15kg。如果在沒有 吸附時(shí)防滑部件39和基座材料36之間距離Wl為9mm并且單元的基座 41的寬度W2為10mm,對(duì)于固定目標(biāo)基座41,在理想條件下設(shè)壓力的反 作用力F2=7.5kg及壓力F3=7.5kg是恰當(dāng)?shù)摹?br>
更具體地,在上述情形中,防滑部件39的彈性系數(shù)K-7.5kg/Lmm。 在此狀態(tài)下,若固定目標(biāo)基座41的厚度W2有士0.1mm的偏差,壓力的反作用力F2=7.5kg±0.75kg,類似地,壓力F3也變?yōu)?.5kg士0.75kg(見圖7B )。 因此,在任何情況下,夾具43或固定目標(biāo)基座41都可能漂移至6.75kg。 但在許多情況下,這足夠用于固定普通教學(xué)的單元。以上為對(duì)一個(gè)夾具的 吸附力的描述,當(dāng)形成單元組成主時(shí),將一個(gè)或更多的夾具用于各個(gè)單元, 使得能夠容易地獲得所需的固定力。
第三實(shí)施例
圖8示出才艮據(jù)第三實(shí)施例的夾具。
控制磁體的磁力線,使夾具與上述任一實(shí)施例中的基座材料36附著或 分離。在上述任一實(shí)施例和稍后將在這里描述的第四實(shí)施例中,通過與磁 體的吸附力相反的力量,強(qiáng)行將夾具與基座材料36分離。
永磁體(在圖示例子中馬蹄鐵形磁體)60容納在夾具43中,而夾具 43通過永磁體60吸附到基座材料36上。參考數(shù)字61代表杠桿,其被配 置成繞其旋轉(zhuǎn)軸心L旋轉(zhuǎn)。此外,從杠桿61的底端61a到旋轉(zhuǎn)軸心L的 距離設(shè)定為比從旋轉(zhuǎn)軸心L到基座材料36的距離更長的值。因此,當(dāng)夾 具43通過7JOt體60的磁力吸附到基座材料36上時(shí),杠桿61定位于傾斜 的角度,如圖8A所示。
在這種情況下,杠桿61向X方向旋轉(zhuǎn),由于杠桿61中旋轉(zhuǎn)壁的長度 設(shè)定得比從旋轉(zhuǎn)軸心L到基座材料36的距離長,通it^工桿61底端的旋轉(zhuǎn), 使整個(gè)夾具43逆著永磁體60的磁力方向升起,使得基座41的固定狀態(tài)被 釋放。就此而言,由于通過磁力產(chǎn)生的吸附力與距離的二次方成反比,僅 通過將夾具43與基座材料36分開少許,就能使整個(gè)夾具43的吸附力顯著 減小。例如,當(dāng)永磁體60的吸附力Fl與上例中相同的設(shè)為15kg時(shí),將 整個(gè)夾具43從基座材料36上分開大約1至2mm的距離,夾具43就能容 易地從基座材料36上移開。
第四實(shí)施例
本實(shí)施例可稱為是第三實(shí)施例改進(jìn)的實(shí)施例。更具體地,在第四實(shí)施例中,用于將夾具43從基座材料36分開的裝 置不是杠桿61,而是直接在壓緊部分43A形成?;蛘?,旋轉(zhuǎn)與母螺紋部分 62通過螺紋連接的螺桿(公螺紋),所述母螺紋部分62 (結(jié)構(gòu)如圖所示) 從壓緊部分43A突出,使得夾具36能被牢固的固定(圖9A所示的狀態(tài)) 或脫離(圖9B所示的狀態(tài))。
圖IOA和圖10B所示為^f吏用第二實(shí)施例的夾具43將多個(gè)機(jī)構(gòu)組成單 元耦合的情形。
在圖中,參考符號(hào)Ul指傳動(dòng)器單元,其向另一單元提供驅(qū)動(dòng)力。用 于產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)力的傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)M固定在基座41A上,而耦合部件50A 安裝在傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)M上,組成耦合機(jī)構(gòu)50的一部分。
參考符號(hào)U2指機(jī)喊單元,其被構(gòu)造以利用傳動(dòng)器單元Ul所提供的驅(qū) 動(dòng)力執(zhí)行預(yù)定操作。圖示結(jié)構(gòu)包括耦合部件50B、用來與連接部件50B耦 合的螺桿48和與螺桿48螺紋連接的滑塊49。
接著將描述對(duì)這些單元的安裝。首先,傳動(dòng)器單元Ul安置于基座材 料36上的預(yù)定位置。當(dāng)所述安置位置合適時(shí),用解鎖(圖6A中杠桿47 置于Y側(cè)的狀態(tài))的第一夾具43 (下文中用參考數(shù)字43-1指代)將壓緊 部分43b定位于傳動(dòng)器單元Ul的基座41A的端緣部分,使得在此狀態(tài)下 將杠桿47沿X方向旋轉(zhuǎn)。這樣,夾具43-l牢固的吸附并固定到基座材料 36側(cè),以將傳動(dòng)器單元U1的基座41A固定到基座材料36。由于只有單獨(dú) 的夾具43-l,傳動(dòng)器單元U1自身的位置有可能被傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)M轉(zhuǎn)動(dòng)力的 反作用力改變,在此情況下,將下一個(gè)夾具43-2安置于基座41A的另一 位置,以更牢固的固定基座41A。在此^^作中,如果有必要對(duì)傳動(dòng)器單元 Ul的位置進(jìn)行微調(diào),可以通過操作各夾具的杠桿對(duì)所述夾具進(jìn)行鎖定和解 鎖,從而非常容易的進(jìn)行微調(diào),這與上文中實(shí)施例的情形類似。
完成傳動(dòng)器單元U1的安裝后,將機(jī)械單元U2安置于合適位置,使機(jī) 械單元U2的耦合部件50B與傳動(dòng)器單元Ul的耦合部件50A正確的耦合。 在此情況下,通過與傳動(dòng)器單元Ul固定情況類似的操作,機(jī)械單元U2 的基座41B被夾具43-3固定于基座材料36上。此外,與傳動(dòng)器單元Ul類似,當(dāng)有必要固定得更牢固時(shí),可根據(jù)需要,通過使用下一個(gè)夾具43-4 等進(jìn)行固定。
在完成傳動(dòng)器單元Ul和機(jī)械單元U2的耦合配置后,連接桿51與機(jī) 械單元U2的滑塊49耦合。在此結(jié)構(gòu)中,通過耦合機(jī)構(gòu)50,來自傳動(dòng)器單 元Ul的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力傳至機(jī)械單元U2的螺桿48。螺桿48的旋轉(zhuǎn),使與其 螺紋連接的滑塊49向螺桿48的軸心方向發(fā)生位移動(dòng)。例如,此位移可通 過連接桿51作為線性位移傳送給另一機(jī)械單元。在此情況下,與傳動(dòng)器單 元U1中傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)M的旋轉(zhuǎn)扭矩相反的反作用力(反抗扭矩)、通過連 接桿51相對(duì)另一單元的線性運(yùn)動(dòng)的反作用力等等都加在各單元Ul、 U2 上。這些單元試圖沿與所述反作用力相反的方向移動(dòng)。特別地,當(dāng)螺桿48 的螺距做得小,使滑塊49的移動(dòng)量小于螺桿48的旋轉(zhuǎn)速度時(shí),通過連接 桿51,在機(jī)械單元U2中就有強(qiáng)壓力或強(qiáng)拉力。因?yàn)榧?吏在這種情況下, 各個(gè)夾具43也能使各單元的基座41如上文所述牢固地固定在基座材料36 上,所組成的機(jī)構(gòu)能長時(shí)間正確的運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖11示出另一個(gè)機(jī)械組成單元的示例。
圖11A中箭頭U3所指的單元是一種機(jī)械單元,來自進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的 傳動(dòng)器單元的沿X1-Y1方向的線性運(yùn)動(dòng)通過接頭51a傳遞到齒條51b。該 線性運(yùn)動(dòng)傳遞到與齒條51b相嚙合的小齒輪51c上變成旋轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng),并通過 與小齒輪耦合的輸出齒輪51d傳到另一單元上,作為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在此情況 下,沿X1-Y1方向的線性運(yùn)動(dòng)的反作用力、相對(duì)于輸出齒輪51d的旋轉(zhuǎn)扭 矩的反抗扭矩等起著使基座41移動(dòng)的力的作用。
在圖11B中,參考數(shù)字U4所指的單元是一種機(jī)械單元,其通過輸入 齒輪52a接收從另一單元輸出的驅(qū)動(dòng)力,并通過諸如錐齒輪的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)換 裝置,使輸入齒輪52a的旋轉(zhuǎn)力傳到轉(zhuǎn)臺(tái)52b上。在此情況下,如果目標(biāo) 置于轉(zhuǎn)臺(tái)52b的偏心位置,當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)52b沿X2或Y2方向旋轉(zhuǎn)時(shí),單元U4 中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),從而使轉(zhuǎn)臺(tái)52b的軸心振動(dòng),并且所述振動(dòng)起著使單元 U4的基座41移動(dòng)的力的作用。
在圖11C中,參考數(shù)字U5所指的單元是一種傳動(dòng)器單元,其中,參考數(shù)字53a表示汽缸,其被構(gòu)造為沿X4-Y4方向繞鉸鏈53b旋轉(zhuǎn)。桿53c 能沿X3-Y3方向在氣缸53a中伸長和收縮。因此,當(dāng)操作汽缸53a時(shí),將 活塞桿53c沿X3-Y3方向伸長和收縮所產(chǎn)生的^^作用力起^J^座41X4-Y4 之間任一方向移動(dòng)的力的作用。具體地,對(duì)于單元U5,汽釭53a的運(yùn)轉(zhuǎn)方 向能在X4-Y4方向自由地改變,這樣,機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)的反作用力也變得不確 定。因此,對(duì)單元的固定不是固定在特定方向上,而是有必要固定得足夠 牢固,以應(yīng)對(duì)任何方向上的反作用力。
顯然,根據(jù)圖ll所示單元的運(yùn)行狀態(tài)可知,在各單元中,整個(gè)單元產(chǎn) 生與其運(yùn)行特性相應(yīng)的獨(dú)特的反作用力,并且所述反作用力起著使組成單 元的所述基本從所述基座材料上的特定位置移位的力的作用。從上述描述 顯而易見的,根據(jù)本發(fā)明的夾具在任意方向都能牢固地固定單元的基座。
在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中,組成用于實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)的單元組成體的各單 元通過使用磁體的夾具能容易地可分離地固定到基座材料。利用這種結(jié)構(gòu), 各單元能容易牢固地固定在基座材料上所需的位置,同時(shí)其位置調(diào)整是可 能的,同樣,作為單元組成體,對(duì)該設(shè)備的結(jié)構(gòu)容易地進(jìn)行調(diào)整、實(shí)驗(yàn)、 教學(xué)等也是可能的。
此外,例如通#桿操作、旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)操作或在使用電磁體時(shí)電 源的開/關(guān)操作控制具有強(qiáng)磁力并附著在夾具上的磁體的磁力線。或者,代 替控制磁力線的方法,使用杠桿原理、螺桿的旋轉(zhuǎn)操作等強(qiáng)行將所述夾具 從所述基座材料分離開。這使得容易地將所述夾具吸附到所述基座材料或 與所述基座材料分離,而不用特殊工具或很強(qiáng)的力是可能的。從而,同樣 固定目標(biāo)的位置也能容易地進(jìn)行微調(diào)。
此外,通過使彈性材料如橡膠平放并安置于夾具的壓緊部分,所迷彈 性材料具有高摩擦阻力并且能彈性形變,所述固定目標(biāo)被所述夾具的壓緊 部分和所述基座材料牢固地夾在中間,所述夾具主體通過磁力吸附到所述 基座材料。這樣,所述固定目標(biāo)被牢固地固定于所述基座材料上的預(yù)定位 置,使每個(gè)單元在長時(shí)間充分保持預(yù)定的機(jī)械裝置,能抵抗驅(qū)動(dòng)力、振動(dòng) 等的反作用力,并沒有所謂"后沖"。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明中的夾具,已提供在自動(dòng)化機(jī)械研究教學(xué)設(shè)備中安置 和固定所述機(jī)構(gòu)組成單元的例子。然而,此夾具能凈皮應(yīng)用于所有這樣的裝
置其中,需要在放置表面的預(yù)定位置上牢固地安置想要的部件或裝置, 所述放置表面朝向所i^座材料36且具有可穿透性。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng),其中,多個(gè)具有功能元件諸如機(jī)械功能元件、光學(xué)功能元件、探測和測量功能元件或驅(qū)動(dòng)功能元件的單元被連接、互鎖或互相耦合以形成單元組成體,所述單元組成體是作為單元具有特定功能的機(jī)械,并根據(jù)所述單元組成體的功能等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和教學(xué),其中至少兩個(gè)單元被構(gòu)造成適當(dāng)?shù)匕仓糜诖判曰牧仙系娜我馕恢?,并且通過使用磁力的夾具,所述各單元在任意位置可分離地固定到所述基座材料,使得要固定在所述基座材料上的單元的位置能相互調(diào)整,以組成所述單元組成體。
2. 如權(quán)利要求l所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng),其中,在所 述夾具上提供壓緊部分,使得通過所述夾具對(duì)所述基座材料的吸附力,所 述單元被所述基座材料和所述壓緊單元夾在中間并固定。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng),其中, 在所述壓緊部分上形成由彈性材料制成的防滑部件。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng), 其中,所述壓緊部分的位置能夠根據(jù)所述單元的固定部件的壓緊目標(biāo)部分 的尺寸差別在擠壓的方向上被移動(dòng)和調(diào)整。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng), 其中,在至少兩個(gè)單元中形成并提供用于所述夾具的固定部件,以^f吏壓緊 目標(biāo)的尺寸如板厚度在所述夾具的壓緊部分的作用下不變。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng), 其中,至少一個(gè)單元的所述固定部件也充當(dāng)所述單元的基座并且在所述基 座上提供有機(jī)械組成部件,所述組成部件為所述單元的所述功能元件。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng), 其中,形成孔、槽口等的部分4皮加工用來在至少一個(gè)單元的所述固定部件 上安置所述夾具;并且至少所述夾具的一部分被安置并容納于用來安置所 述夾具的部分中,4吏得所述夾具不妨礙其它單元的固定。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng),其中,在至少一個(gè)單元的所述固定部件上提供癡^部件,所述接合部件與 如形成于所述夾具上的突出或者凹進(jìn)部分的接合裝置接合,使得當(dāng)進(jìn)行固 定所述單元時(shí),如移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的夾具位置變化被阻止。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng), 其中,所述防滑部件允許所述夾具被吸附和固定到所述基座材料,并且當(dāng) 所述單元的所述固定部件通過所述防滑部件被壓緊和固定時(shí),設(shè)置力的分小。
10. 如權(quán)利要求9所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng),其中,有 IHt地設(shè)定所述防滑部件的彈性系數(shù),使得對(duì)于所述單元的所述固定部件 的壓緊目標(biāo)的尺寸變化,所述夾具自身對(duì)所述基座材料的吸附力的減弱效 應(yīng)和對(duì)所述單元的所述固定部件的壓迫力都足夠的小。
11. 如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系 統(tǒng),其中,在所述夾具中提供有通過永磁體的操作實(shí)現(xiàn)的可分離機(jī)構(gòu),并 且通過所述可分離機(jī)構(gòu),控制所述永磁體的磁力線的路徑,使得所述夾具 吸附到所述基座材料或與其分離。
12. 如權(quán)利要求ll所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng),其中,將 導(dǎo)磁部件分別附著到永磁體的兩個(gè)磁極,以形成一組塊,并且所述導(dǎo)磁部 件,皮加工成能夠與另一組具有類似結(jié)構(gòu)的塊接觸并在其上滑動(dòng),使得能通 過驅(qū)動(dòng)所述塊來控制所述永磁體的磁力線的路徑。
13. 如權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系 統(tǒng),其中,所述夾具設(shè)置有允許所述夾具被吸附到所述基座材料上的永磁 體和用于克服所述7JC^體的所述吸附力將所述夾具從所述基座分離開的分 離裝置,使得所述夾具通過所述分離裝置吸附到所述基座材料或與其分離。
14. 如權(quán)利要求13所述的使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng),其中,具 有用于分離力的增大功能的諸如杠桿或螺桿的機(jī)構(gòu)被提供作為分離裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用多個(gè)單元的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)系統(tǒng),所述系統(tǒng)通過使用磁力,將如機(jī)械組成單元的固定目標(biāo)物方便并牢固地固定到基座材料。例如,如圖3中所示,將具有基座的機(jī)械組成單元在預(yù)定位置固定到基座材料時(shí),使用內(nèi)部本身具有可分離機(jī)構(gòu)的夾具,并且該夾具放置于基座的槽口位置,處于未吸附狀態(tài),其中可分離機(jī)構(gòu)的永磁體的磁力線穿透該夾具。在此情況下,將旋轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)90度進(jìn)入鎖定狀態(tài),并且固定筒被牢固地吸附到基座材料,使得其中永磁體的磁力能穿透到基座材料側(cè)。這樣,作為目標(biāo)的基座被固定筒的壓緊部分和基座材料牢固地夾在中間,并且該基座在預(yù)定位置牢固地固定到基座材料,從而實(shí)現(xiàn)將固定目標(biāo)固定在基座材料。
文檔編號(hào)G09B25/02GK101409025SQ20071018060
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者熊谷卓, 熊谷英樹 申請(qǐng)人:株式會(huì)社新興技術(shù)研究所