一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種倒立擺裝置，具體涉及一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]倒立擺是一種不穩(wěn)定，人為控制使其處于動(dòng)態(tài)平衡的一種裝置。它是一種典型的快速，多變量，非線性，不穩(wěn)定的系統(tǒng)，對于倒立擺的研究可以幫助我們認(rèn)識更多控制領(lǐng)域的問題，所以具有很高的理論價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。理論上，它能幫助我們更深的理解控制理論和方法。應(yīng)用上，它在機(jī)器人，甚至航空航天領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用。而且，由于倒立擺裝置設(shè)計(jì)簡單，價(jià)格低廉，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有很大的應(yīng)用。目前，使用的平臺滑車型倒立擺，它占地廣，而且小車在滑軌上運(yùn)行的時(shí)候容易受到外力的作用，具有一定的局限性。對于存在的旋轉(zhuǎn)倒立擺，由于沒有在橫梁上加上配重，在實(shí)驗(yàn)的過程中不能保證橫梁在水平方向上的平衡，并容易損壞電機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺，其具體技術(shù)方案如下:
一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺，包括立柱、配重塊、橫梁和擺桿，所述立柱的底部固定有立柱底座，所述立柱通過立柱底座豎直站立在水平實(shí)驗(yàn)臺上，
所述立柱上部內(nèi)設(shè)置有伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)與中央處理器和電源連接，
所述橫梁設(shè)置在立柱頂部，伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)橫梁在立柱頂部旋轉(zhuǎn)，
所述擺桿懸掛設(shè)置在橫梁的一端，擺桿該端還設(shè)置有單擺編碼器，所述單擺編碼器與伺服電機(jī)和中央處理器連接，所述單擺編碼器能夠記錄橫梁旋轉(zhuǎn)過程中，擺桿與豎直方向的偏離角度，
所述配重塊與橫梁固定設(shè)置，所述配重塊用于保持橫梁平衡。
[0004]所述擺桿的頂部設(shè)置有擺桿連接器，所述擺桿與橫梁通過擺桿連接器連接，擺桿連接器通過鉸接的方式與單擺編碼器連接。
[0005]所述立柱的頂部設(shè)置有滑環(huán)，所述橫梁與滑環(huán)的頂部固定，滑環(huán)能夠在立柱內(nèi)圓周旋轉(zhuǎn)。
[0006]所述單擺編碼器還設(shè)置有編碼器底座，編碼器底座與橫梁固定。
[0007]所述橫梁上設(shè)置有若干個(gè)配重孔，通過配重孔將配重塊與橫梁固定。
[0008]所述立柱為內(nèi)部中空的空心柱，所述伺服電機(jī)位于立柱的內(nèi)部中空中，所述立柱的頂部設(shè)置有電機(jī)座，電機(jī)座連接伺服電機(jī)，所述滑環(huán)位于電機(jī)座上。
[0009]本發(fā)明的工作原理是:
立柱固定在立柱底板上，立柱通過立柱底板將本發(fā)明支撐豎直站立在平整的實(shí)驗(yàn)臺上，伺服電機(jī)設(shè)置在立柱的中部空間內(nèi)，電機(jī)座固定在立柱頂部，伺服電機(jī)通過電機(jī)座懸掛在立柱內(nèi)，伺服電機(jī)和中央處理器連接，滑環(huán)安裝在伺服電機(jī)座上，當(dāng)中央處理器控制伺服電機(jī)工作時(shí)，伺服電機(jī)便會(huì)帶動(dòng)滑環(huán)以一定的速度旋轉(zhuǎn)，橫梁與滑環(huán)固定，進(jìn)而橫梁也會(huì)跟隨伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，中央處理器控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而能夠控制橫梁的轉(zhuǎn)速。橫梁的一端懸掛設(shè)置有擺桿、擺桿連接器、單擺編碼器和編碼器底座，由于擺桿、擺桿連接器、單擺編碼器和編碼器底座存在的一定的質(zhì)量，擺桿在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一定的軸向推力，所以橫梁會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，甚至?xí)贡景l(fā)明發(fā)生傾倒，所以本發(fā)明根據(jù)相應(yīng)的情況在橫梁上加上配重塊，起穩(wěn)定本發(fā)明的作用。擺桿連接器通過鉸接的方式與編碼器相連接，形成一個(gè)“關(guān)節(jié)”，可以使擺桿繞著橫梁擺動(dòng)。橫梁在水平平面里的旋轉(zhuǎn)，使得擺桿在豎直方向上保持平衡。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
(1)與目前運(yùn)用較廣的倒立擺相比，本發(fā)明占地較小，并且在實(shí)驗(yàn)過程中受到的外力干擾少；
(2)與目前的倒立擺相比，在橫梁上設(shè)置配重塊，實(shí)驗(yàn)前可以調(diào)節(jié)橫梁桿的平衡，起到保護(hù)伺服電機(jī)的作用；
(3)擺桿處可以拓展成二級擺，只需要在實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)配重的位置和數(shù)量使橫梁在水平位置平衡即可，所以具有拓展性，方便研究的深入進(jìn)行；
(4)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，編程控制方便，利用單擺編碼器與伺服電機(jī)和中央處理器實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)簡單。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，
圖2是本發(fā)明的中央處理器的控制過程圖，
附圖標(biāo)記列表:I一擺桿，2—擺桿連接器，3—單擺編碼器，4一橫梁，5—配重塊，6—滑環(huán)，7一電機(jī)座，8一伺服電機(jī)，9一編碼器底座，10一立柱，11一立柱底座，12—配重孔。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)理解下述【具體實(shí)施方式】僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0013]結(jié)合附圖可見，本一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺，包括立柱10、配重塊5、橫梁4和擺桿I，所述立柱10的底部固定有立柱底座11，所述立柱10通過立柱底座11豎直站立在水平實(shí)驗(yàn)臺上，本發(fā)明使用時(shí)，站立在平整的水平實(shí)驗(yàn)臺上。
[0014]所述立柱10上部內(nèi)設(shè)置有伺服電機(jī)8，所述伺服電機(jī)8與中央處理器和電源連接， 所述橫梁4設(shè)置在立柱10頂部，伺服電機(jī)8能夠驅(qū)動(dòng)橫梁4在立柱10頂部旋轉(zhuǎn)，中央處理器控制伺服電機(jī)8驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，進(jìn)而控制橫梁4的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。
[0015]所述擺桿I懸掛設(shè)置在橫梁4的一端，擺桿I該端還設(shè)置有單擺編碼器3，所述單擺編碼器3與伺服電機(jī)8和中央處理器連接，所述單擺編碼器3能夠記錄橫梁4旋轉(zhuǎn)過程中，擺桿I與豎直方向的偏離角度，中央處理器、單擺編碼器3和私服電機(jī)形成一個(gè)反饋系統(tǒng)，單擺編碼器3采集擺桿I與豎直方向的偏離角度，中央處理器分析以相應(yīng)的橫梁4轉(zhuǎn)速，使得本發(fā)明能夠保持平衡。
[0016]所述配重塊5與橫梁4固定設(shè)置，所述配重塊5用于保持橫梁4平衡。根據(jù)橫梁4以及擺桿I的質(zhì)量，選用相應(yīng)的配重塊5，使得橫梁4保持平衡。
[0017]所述擺桿I的頂部設(shè)置有擺桿連接器2，所述擺桿I與橫梁4通過擺桿連接器2連接，擺桿連接器2通過鉸接的方式與單擺編碼器3連接。當(dāng)本發(fā)明旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，擺桿I能夠圍繞鉸接點(diǎn)擺動(dòng)，與豎直方向產(chǎn)生角度偏差。
[0018]所述立柱10的頂部設(shè)置有滑環(huán)6，所述橫梁4與滑環(huán)6的頂部固定，滑環(huán)6能夠在立柱10內(nèi)圓周旋轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)8工作時(shí)，滑環(huán)6與橫梁4 一起旋轉(zhuǎn)。
[0019]所述單擺編碼器3還設(shè)置有編碼器底座9，編碼器底座9與橫梁4固定。編碼器底座9對編碼器起到保護(hù)和固定的作用，避免編碼器在使用過程中發(fā)生位置偏移或損壞。
[0020]所述橫梁4上設(shè)置有若干個(gè)配重孔12，通過配重孔12將配重塊5與橫梁4固定。為使橫梁4保持平衡，配重塊5可以插入固定在相應(yīng)的配重孔12中，若干個(gè)配重孔12，能夠滿足更多不同質(zhì)量的橫梁4和擺桿I，能在橫梁4上盡快找到使其平衡的配重塊5和配重孔12。
[0021]所述立柱10為內(nèi)部中空的空心柱，所述伺服電機(jī)8位于立柱10的內(nèi)部中空中，所述立柱10的頂部設(shè)置有電機(jī)座7，電機(jī)座7連接伺服電機(jī)8，所述滑環(huán)6位于電機(jī)座7上。通過電機(jī)座7，伺服電機(jī)8懸在立柱10內(nèi)，電機(jī)座7對滑環(huán)6起到支撐作用，工作時(shí)，滑環(huán)6在電機(jī)座7上方旋轉(zhuǎn)工作。
[0022]本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述技術(shù)手段所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。
[0023]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺，其特征是包括立柱、配重塊、橫梁和擺桿，所述立柱的底部固定有立柱底座，所述立柱通過立柱底座豎直站立在水平實(shí)驗(yàn)臺上， 所述立柱上部內(nèi)設(shè)置有伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)與中央處理器和電源連接， 所述橫梁設(shè)置在立柱頂部，伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)橫梁在立柱頂部旋轉(zhuǎn)， 所述擺桿懸掛設(shè)置在橫梁的一端，擺桿該端還設(shè)置有單擺編碼器，所述單擺編碼器與伺服電機(jī)和中央處理器連接，所述單擺編碼器能夠記錄橫梁旋轉(zhuǎn)過程中，擺桿與豎直方向的偏離角度， 所述配重塊與橫梁固定設(shè)置，所述配重塊用于保持橫梁平衡。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺，其特征是所述擺桿的頂部設(shè)置有擺桿連接器，所述擺桿與橫梁通過擺桿連接器連接，擺桿連接器通過鉸接的方式與單擺編碼器連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺，其特征是所述立柱的頂部設(shè)置有滑環(huán)，所述橫梁與滑環(huán)的頂部固定，滑環(huán)能夠在立柱內(nèi)圓周旋轉(zhuǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺，其特征是所述單擺編碼器還設(shè)置有編碼器底座，編碼器底座與橫梁固定。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺，其特征是所述橫梁上設(shè)置有若干個(gè)配重孔，通過配重孔將配重塊與橫梁固定。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺，其特征是所述立柱為內(nèi)部中空的空心柱，所述伺服電機(jī)位于立柱的內(nèi)部中空中，所述立柱的頂部設(shè)置有電機(jī)座，電機(jī)座連接伺服電機(jī)，所述滑環(huán)位于電機(jī)座上。
【專利摘要】一種附配重的旋轉(zhuǎn)式倒立擺，包括立柱、配重塊、橫梁和擺桿，所述立柱的底部固定有立柱底座，所述立柱通過立柱底座豎直站立在水平實(shí)驗(yàn)臺上，所述立柱上部內(nèi)設(shè)置有伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)與中央處理器和電源連接，所述橫梁設(shè)置在立柱頂部，伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)橫梁在立柱頂部旋轉(zhuǎn)，所述擺桿懸掛設(shè)置在橫梁的一端，擺桿該端還設(shè)置有單擺編碼器，所述單擺編碼器與伺服電機(jī)和中央處理器連接，所述單擺編碼器能夠記錄橫梁旋轉(zhuǎn)過程中，擺桿與豎直方向的偏離角度，所述配重塊與橫梁固定設(shè)置，所述配重塊用于保持橫梁平衡。本發(fā)明，實(shí)驗(yàn)過程中受到的外力干擾少；在橫梁上設(shè)置配重塊，實(shí)驗(yàn)前可以調(diào)節(jié)橫梁桿的平衡，起到保護(hù)伺服電機(jī)的作用。
【IPC分類】G05D3/12
【公開號】CN105511501
【申請?zhí)枴緾N201511014285
【發(fā)明人】孫寧, 顧榮, 陳逸菲, 周德興, 孟憲超
【申請人】南京信息工程大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月31日