專利名稱：旋轉(zhuǎn)型垂直式倒立擺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，特別涉及一種旋轉(zhuǎn)型垂直式倒立擺。
目前，國內(nèi)所使用的多是平臺滑車型倒立擺，具有一定的局限性，其擺桿完全倒下后不能自救，且垂直面與水平面的夾角不能任意調(diào)整。
本實(shí)用新型包括有底座、固定滑臂、旋轉(zhuǎn)滑臂、旋轉(zhuǎn)立柱、電機(jī)、平衡臂、平衡錘、傳感器、擺桿、控制系統(tǒng)；其中，底座的兩側(cè)面相對的設(shè)置固定滑臂和旋轉(zhuǎn)滑臂，固定滑臂上設(shè)有一個或一個以上的圓形滑槽，旋轉(zhuǎn)滑臂的一端樞接于底座的側(cè)壁上，該旋轉(zhuǎn)滑臂上設(shè)有開口的長條形滑槽，旋轉(zhuǎn)立柱固定于底板上，該底板的一端樞接于底座上，所說的固定滑臂上的圓形滑槽以底板的樞接點(diǎn)為圓心而形成，所說的旋轉(zhuǎn)立柱的底端為電機(jī)，電機(jī)的上端設(shè)有連軸器，連軸器上端的轉(zhuǎn)軸上滑套有信號滑環(huán)，該轉(zhuǎn)軸可由電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸上端固定平衡臂，該平衡臂外端上方樞設(shè)擺桿，外端下方設(shè)置傳感器，內(nèi)端下方相對擺桿支點(diǎn)位置設(shè)有平衡錘；擺桿的短端與平衡臂之間穿設(shè)一固定銷；傳感器的信號線通過信號滑環(huán)再與控制系統(tǒng)聯(lián)接，以防止信號線磨損；底板的兩側(cè)相對于固定滑臂及旋轉(zhuǎn)滑臂的滑槽設(shè)有滑柱，該滑柱滑設(shè)于滑槽中，并以螺帽套固；底座靠近固定滑臂的側(cè)部樞接一可折疊的底座，當(dāng)旋轉(zhuǎn)立柱旋轉(zhuǎn)重心靠近固定滑臂一側(cè)時，該可折疊的底座伸直使底座加長，防止整個裝置傾倒。
本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)立柱可垂直立于底座上，而使擺桿做水平向的擺動實(shí)驗(yàn)，也可以以樞接點(diǎn)為軸轉(zhuǎn)至90°，使旋轉(zhuǎn)立柱與底座平行，而擺桿呈立式做擺動實(shí)驗(yàn)；旋轉(zhuǎn)立柱也可在0°～90°之間任意沿固定滑臂及旋轉(zhuǎn)滑臂的滑槽滑動，及在任意一角度由螺母固定，而做任意角度的擺桿擺動實(shí)驗(yàn)。
所說的固定滑臂上刻有角度線，以方便旋轉(zhuǎn)角度的確定。
本實(shí)用新型的工作原理是通過電機(jī)(直流電機(jī)、交流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、力矩電機(jī))驅(qū)動的平衡臂使擺桿在一定角度范圍內(nèi)穩(wěn)定擺動，即擺的動態(tài)平衡。為了使整個裝置保持平衡，在擺桿支點(diǎn)的相對位置安裝平衡錘；而且平衡臂的位置與電動機(jī)的回轉(zhuǎn)軸一致，從而保證電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動穩(wěn)定。擺桿的回轉(zhuǎn)角度是根據(jù)無接觸點(diǎn)角度傳感器測量，其信號通過信號滑環(huán)輸入控制電路。此外，倒立擺的支撐電機(jī)的底板通過帶有刻度的固定滑臂可使其在水平方向傾斜0°～90°，可折疊的底座在旋轉(zhuǎn)立柱旋轉(zhuǎn)90°時通過輔助地腳增加支撐。
本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)采用單片機(jī)或計(jì)算機(jī)相結(jié)合的方法。傳感器采集的信號通過信號滑環(huán)輸入單片機(jī)或計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)機(jī)處理后輸出控制電機(jī)，傳感器的信號線通過塑料(PCI)插槽與計(jì)算機(jī)相連，由計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對倒立擺的控制。
倒立擺的控制可以采用多種控制手段，如比例積分微分(PDI)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、基于單片機(jī)或計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上的智能控制等，因而可以作為研究控制基理的主要實(shí)驗(yàn)裝置；此外，由于倒立擺的實(shí)驗(yàn)裝置簡單，控制好壞一目了然，可以廣泛地應(yīng)用于教學(xué)及科研中；而且倒立擺的控制理論可以移植于機(jī)器人，對于機(jī)器人的研究有重要的參考價值。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例旋轉(zhuǎn)立柱旋轉(zhuǎn)90。時的示意圖。
本實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)立柱12可垂直立于底座11上，而使擺桿1做水平向的擺動實(shí)驗(yàn)，也可以以樞接點(diǎn)為軸轉(zhuǎn)至90°，使旋轉(zhuǎn)立柱12與底座11平行，而擺桿1呈立式做擺動實(shí)驗(yàn)；旋轉(zhuǎn)立柱12也可在0°～90°之間任意一角度固定，而使擺桿1在水平至垂直之間做擺動實(shí)驗(yàn)。
本實(shí)用新型的擺桿1由于可以以樞接點(diǎn)為軸自由轉(zhuǎn)動360°，因此，該倒立擺具有完全倒下后的自救功能；由于擺桿1可以在水平、垂直位置及兩者之間的任意位置做倒立擺實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)范圍寬，即一機(jī)多用。
本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)采用單片機(jī)或計(jì)算機(jī)相結(jié)合的方法，傳感器采集的信號通過信號滑環(huán)輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后輸出控制電機(jī)，傳感器的信號線通過塑料插槽(PCI)與計(jì)算機(jī)相連，由計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對倒立擺的控制。
倒立擺的控制可以采用多種控制手段，如比例積分微分(PDI)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、基于單片機(jī)或計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上的智能控制等，因而可以作為研究控制基理的主要實(shí)驗(yàn)裝置；此外，由于倒立擺的實(shí)驗(yàn)裝置簡單，控制好壞一目了然，可以廣泛地應(yīng)用于教學(xué)及科研中；而且倒立擺的控制理論可以移植于機(jī)器人，對于機(jī)器人的研究有重要的參考價值。
權(quán)利要求1.一種旋轉(zhuǎn)型垂直式倒立擺，其包括有一底座(11)、一擺桿(1)、電機(jī)(6)及控制系統(tǒng)，其特征在于還包括有固定滑臂(9)、旋轉(zhuǎn)滑臂(7)、旋轉(zhuǎn)立柱(12)、平衡臂(2)、平衡錘(10)、傳感器(3)；其中，底座(11)兩側(cè)面相對的設(shè)置固定滑臂(9)和旋轉(zhuǎn)滑臂(7)，固定滑臂(9)上設(shè)有圓形滑槽(91)，旋轉(zhuǎn)滑臂(7)上設(shè)有開口的長條形滑槽(71)；旋轉(zhuǎn)立柱(12)固定于底板(8)上，該底板(8)的一端樞接于底座(11)上，固定滑臂(9)的圓形滑槽(91)以底板(8)的樞接點(diǎn)為圓心而形成；旋轉(zhuǎn)立柱(12)的底端為電機(jī)(6)，電機(jī)(6)的上端設(shè)有連軸器(5)，連軸器(5)的上端設(shè)有轉(zhuǎn)軸(13)，該轉(zhuǎn)軸(13)可由電機(jī)(6)帶動旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸(13)上滑套有信號滑環(huán)(4)，轉(zhuǎn)軸(13)上端固定平衡臂(2)，該平衡臂(2)外端上方樞設(shè)擺桿(1)，外端下方設(shè)置傳感器(3)，內(nèi)端下方相對擺桿(1)的支點(diǎn)位置設(shè)有平衡錘(10)；底板(8)的兩側(cè)相對于固定滑臂(9)及旋轉(zhuǎn)滑臂(7)的滑槽設(shè)有滑柱，該滑柱滑設(shè)于滑槽中，并以螺帽套固；傳感器(3)的信號線通過信號滑環(huán)(4)而與控制系統(tǒng)聯(lián)接。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)型垂直式倒立擺，其特征在于所說的固定滑臂(9)上的圓形滑槽(91)為一個或一個以上。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)型垂直式倒立擺，其特征在于所說的擺桿(1)的短端與平衡臂(2)之間穿設(shè)一固定銷(111)。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)型垂直式倒立擺，其特征在于所說的底座(11)靠近固定滑臂(9)的一側(cè)樞接一可折疊的底座(14)。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)型垂直式倒立擺，其特征在于所說的控制系統(tǒng)為單片機(jī)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，單片機(jī)或計(jì)算機(jī)通過塑料插槽與計(jì)算機(jī)相連，由計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對倒立擺的控制。
6.按照權(quán)利要求5所述的一種旋轉(zhuǎn)型垂直式倒立擺，其特征在于所說的倒立擺的控制采用比例積分微分控制或模糊控制或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制或基于單片機(jī)或計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上的智能控制。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種智能控制領(lǐng)域仿真研究及教學(xué)用的旋轉(zhuǎn)型垂直式倒立擺，其是在一底座11上樞接一底板8，底板8上從下往上分別連設(shè)有電機(jī)6、連軸器5、轉(zhuǎn)軸13而形成旋轉(zhuǎn)立柱12，其中的轉(zhuǎn)軸13上滑套有信號滑環(huán)4，轉(zhuǎn)軸13上端設(shè)有平衡臂2，外端上方樞設(shè)一可在0°～360°間自由轉(zhuǎn)動的擺桿1，其外端下方設(shè)有傳感器3，其內(nèi)端下方相對擺桿1的支點(diǎn)位置設(shè)有平衡錘10，傳感器3的信號線穿經(jīng)信號滑環(huán)4與控制系統(tǒng)聯(lián)接；底座11的兩側(cè)面相對的設(shè)有固定滑臂9及旋轉(zhuǎn)滑臂7，固定滑臂9上設(shè)有圓形滑槽91，該滑槽91是以底板8的樞接點(diǎn)為圓心，旋轉(zhuǎn)滑臂7上設(shè)有開口的長條形滑槽71，底板8上相對于各滑槽91、71的位置設(shè)有滑柱，該滑柱滑設(shè)于滑槽中并以螺帽緊固，本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)立柱12可在垂直與水平之間的任意位置固定，使其上的擺桿1可在水平與垂直之間的任意角度做倒立擺實(shí)驗(yàn)，由于擺桿1可做360°的自由轉(zhuǎn)動及旋轉(zhuǎn)立柱12可以轉(zhuǎn)動，所以該倒立擺具有擺桿完全倒下后的自救功能。
文檔編號G09B25/02GK2582079SQ0225104
公開日2003年10月22日 申請日期2002年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月4日
發(fā)明者白羽, 白翔, 劉玉杰, 初劍峰 申請人:長春工業(yè)大學(xué)