一種用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的球桿平衡控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的球桿平衡控制
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]在“自動(dòng)控制原理”及“計(jì)算機(jī)控制”等相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一般需要采用實(shí)驗(yàn)裝置配合來(lái)講解自動(dòng)控制的組成、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行與實(shí)際效果，使學(xué)生對(duì)課程的內(nèi)容有更加深入、全面和具體的理解。
[0003]目前用于有關(guān)課程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)裝置很少，深圳的固高公司是在這方面做的比較好的。固高公司在這方面的典型產(chǎn)品有各種類型的倒立擺，自平衡小車、球桿控制和球板控制系統(tǒng)。
[0004]球桿控制系統(tǒng)是為自動(dòng)控制原理等基礎(chǔ)控制課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，該系統(tǒng)涵蓋了許多經(jīng)典和現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法，整個(gè)裝置由球桿執(zhí)行系統(tǒng)，控制器和直流電源部分組成，該系統(tǒng)對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一種理想的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。傳統(tǒng)的球桿控制裝置包括支撐端、平衡桿、以及驅(qū)動(dòng)平衡桿上下擺動(dòng)的調(diào)節(jié)部分，小球滾動(dòng)于平衡桿上。該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是檢測(cè)小球的位置。固高公司的產(chǎn)品為采用導(dǎo)電電阻材料制作的平衡桿，小球是金屬制作的，這樣通過(guò)金屬球就可以形成一個(gè)類似于直線電位器的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)單，球桿位置檢測(cè)采用導(dǎo)電導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)，平衡桿的控制則采用伺服電機(jī)和輪桿(連桿)裝置實(shí)現(xiàn)。但是需要專門定制，制作工藝相對(duì)復(fù)雜，制造成本較高。另外金屬球的重量較大，增加了控制的難度，球桿控制系統(tǒng)售價(jià)通常在3萬(wàn)元左右，費(fèi)用昂貴，而教學(xué)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)有限，難以購(gòu)買優(yōu)質(zhì)且實(shí)用的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品。
[0005]鑒于以上問題，有必要提出一種結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、實(shí)用且廉價(jià)的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，方便實(shí)驗(yàn)操作與控制，適用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的使用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的球桿平衡控制裝置，通過(guò)設(shè)置檢測(cè)元件可精確的檢測(cè)小球所在的位置，調(diào)整部件可根據(jù)小球的位置調(diào)整平衡桿的擺角，從而控制小球的移動(dòng)，使小球穩(wěn)定在給定位置上，實(shí)現(xiàn)球桿的自動(dòng)控制平衡實(shí)驗(yàn)，且該裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)及制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，制造成本很低。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的目的提出的一種用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的球桿平衡控制裝置，包括平衡桿、所述平衡桿一端設(shè)置有支撐部件，所述平衡桿能夠以所述支撐部件為支點(diǎn)上下擺動(dòng)，所述平衡桿另一端設(shè)置有調(diào)整平衡桿擺角的調(diào)整部件，所述平衡桿上設(shè)置有沿平衡桿運(yùn)動(dòng)的小球；
[0008]所述球桿平衡控制裝置還包括控制部件，以及檢測(cè)小球位置的檢測(cè)元件，所述控制部件分別與所述檢測(cè)元件及所述調(diào)整部件電連接；
[0009]所述調(diào)整部件包括鉸接于所述平衡桿一端的調(diào)整桿，以及驅(qū)動(dòng)所述調(diào)整桿運(yùn)動(dòng)調(diào)整平衡桿擺角的驅(qū)動(dòng)元件，所述驅(qū)動(dòng)元件與所述控制部件電連接。
[0010]優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)元件為固定設(shè)置的舵機(jī)，所述調(diào)整桿包括相互鉸連接設(shè)置的第一調(diào)整桿與第二調(diào)整桿，所述第一調(diào)整桿與所述平衡桿的一端鉸連接，所述第二調(diào)整桿與所述舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸固定連接，所述第二調(diào)整桿與第一調(diào)整桿隨舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生擺動(dòng)調(diào)整平衡桿的擺角。
[0011]優(yōu)選的，所述平衡桿為U型結(jié)構(gòu)，平衡桿的U型結(jié)構(gòu)構(gòu)成小球的移動(dòng)導(dǎo)軌。
[0012]優(yōu)選的，所述檢測(cè)元件為紅外光電距離傳感器，所述紅外光電距離傳感器設(shè)置于所述平衡桿的一端或一側(cè)。
[0013]優(yōu)選的，所述檢測(cè)元件為由光敏管排列組成的光電位置傳感器。
[0014]優(yōu)選的，U型平衡桿的底部設(shè)置有一排紅外線光敏管，所述平衡桿的上方安裝有紅外光源，小球滾動(dòng)于紅外線光敏管與紅外光源之間。
[0015]優(yōu)選的，所述檢測(cè)元件為圖像傳感器，所述圖像傳感器安裝于平衡桿上方或一側(cè)。
[0016]優(yōu)選的，所述控制部件為具有A/D功能和PWM輸出功能的單片機(jī)。
[0017]優(yōu)選的，所述球桿平衡控制裝置還包括通信模塊，所述通訊模塊采用藍(lán)牙無(wú)線通信；或所述通信模塊的通信接口為UART接口，所述通信模塊通過(guò)UART轉(zhuǎn)USB轉(zhuǎn)換器連接至計(jì)算機(jī)的USB接口。
[0018]優(yōu)選的，所述控制部件上還具有鍵盤操作模塊和液晶顯示模塊。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型公開的用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的球桿平衡控制裝置的優(yōu)點(diǎn)是:
[0020]該裝置包括平衡桿、位于平衡桿上的小球，檢測(cè)元件，控制部件以及調(diào)整部件，檢測(cè)元件可精確的檢測(cè)小球所在的位置，并將該信息反饋給控制部件，控制部件通過(guò)運(yùn)算得出使小球穩(wěn)定在給定位置上平衡桿的擺角大小，并輸出控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)元件，驅(qū)動(dòng)元件帶動(dòng)調(diào)整桿偏轉(zhuǎn)所需角度以調(diào)整平衡桿的擺角，從而控制小球的移動(dòng)，并使小球穩(wěn)定在給定位置上，實(shí)現(xiàn)球桿的自動(dòng)控制平衡實(shí)驗(yàn)，該裝置制造成本較低，整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的成本只有幾百元。采用非接觸檢測(cè)元件實(shí)現(xiàn)小球位置檢測(cè)，無(wú)摩擦且更為可靠。
[0021]通過(guò)采用舵機(jī)與調(diào)整桿的配合實(shí)現(xiàn)對(duì)平衡桿擺角的調(diào)整，結(jié)構(gòu)及制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，方便理解與操作使用。
[0022]通過(guò)設(shè)置檢測(cè)元件檢測(cè)小球的位置，這樣平衡桿和小球的材料則無(wú)需限定，可以采用任意材料制作，在實(shí)際應(yīng)用中平衡桿可以采用塑料或者金屬型材，小球可以采用乒乓球等，價(jià)格便宜，使用極為方便，質(zhì)量較輕，便于控制。
【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的球桿平衡控制裝置實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為實(shí)施例1中紅外光電距離傳感器電路圖。
[0026]圖3為用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的球桿平衡控制裝置實(shí)施例2的截面圖。
[0027]圖4為用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的球桿平衡控制裝置實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5為控制系統(tǒng)圖1。
[0029]圖6為控制系統(tǒng)圖2。
[0030]圖中的數(shù)字或字母所代表的相應(yīng)部件的名稱:
[0031]1、平衡桿2、支撐部件3、檢測(cè)元件4、舵機(jī)5、第一調(diào)整桿6、第二調(diào)整桿7、小球31、紅外線光敏管
【具體實(shí)施方式】
[0032]球桿控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是檢測(cè)小球的位置?，F(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)品為采用導(dǎo)電電阻材料制作的平衡桿，小球是金屬制作的，這樣通過(guò)金屬球就可以形成一個(gè)類似于直線電位器的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的原理簡(jiǎn)單，但是需要專門定制，制作工藝相對(duì)復(fù)雜，制造成本較高。另外金屬球的重量較大，增加了控制的難度，球桿控制系統(tǒng)售價(jià)通常在3萬(wàn)元左右，費(fèi)用昂貴，而教學(xué)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)費(fèi)有限，難以購(gòu)買優(yōu)質(zhì)且實(shí)用的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品。
[0033]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的球桿平衡控制裝置，通過(guò)設(shè)置檢測(cè)元件可精確的檢測(cè)小球所在的位置，調(diào)整部件可根據(jù)小球的位置調(diào)整平衡桿的擺角，從而控制小球的移動(dòng)，使小球穩(wěn)定在給定位置上，實(shí)現(xiàn)球桿的自動(dòng)控制平衡實(shí)驗(yàn)，且該裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)及制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，制造成本很低。
[0034]下面將通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0035]實(shí)施例1
[0036]請(qǐng)一并參見圖1、圖2與圖5，一種用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的球桿平衡控制裝置，包括平衡桿1、平衡桿I 一端設(shè)置有支撐部件2，平衡桿I能夠以支撐部件2為支點(diǎn)上下擺動(dòng)。平衡桿I另一端設(shè)置有調(diào)整平衡桿擺角的調(diào)整部件，平衡桿I上設(shè)置有沿平衡桿運(yùn)動(dòng)的小球7。
[0037]球桿平衡控制裝置還包括控制部件(未示出)，以及檢測(cè)小球位置的檢測(cè)元件3，控制部件分別與檢測(cè)元件3及調(diào)整部件電連接。
[0038]本申請(qǐng)中平衡桿通常可采用塑料或金屬型材等制作，小球通常可選用乒乓球或健身球等，價(jià)格便宜，質(zhì)量較輕，方便控制。
[0039]調(diào)整部件包括鉸接于平衡桿I 一端的調(diào)整桿，以及驅(qū)動(dòng)調(diào)整桿運(yùn)動(dòng)調(diào)整平衡桿擺角的驅(qū)動(dòng)元件，驅(qū)動(dòng)元件與控制部件電連接。其中本申請(qǐng)中驅(qū)動(dòng)元件優(yōu)選為固定設(shè)置的舵機(jī)，調(diào)整桿包括相互鉸連接設(shè)置的第一調(diào)整桿5與第二調(diào)整桿6，第一調(diào)整桿5與平衡桿I的一端鉸連接，第二調(diào)整桿6與舵機(jī)4的轉(zhuǎn)軸固定連接，第二調(diào)整桿6與第一調(diào)整桿5隨舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生擺動(dòng)調(diào)整平衡桿的擺角。
[0040]舵機(jī)是車模和航模上廣泛使用的控制執(zhí)行元件，可以通過(guò)控制信號(hào)使舵機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)給定的角度。本實(shí)用新型中可根據(jù)需要選擇合適的舵機(jī)型號(hào)，使舵機(jī)的輸出足夠驅(qū)動(dòng)調(diào)整桿與平衡桿的重量，調(diào)整平衡桿的擺角，從而控制小球的移動(dòng)，并使小球穩(wěn)定在給定的位置上，從而實(shí)現(xiàn)期望的控制效果。具體型號(hào)不做限制。
[0041]本申請(qǐng)中舵機(jī)一般采用日本生產(chǎn)的FUTABA S3003D舵機(jī)，除采用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)外，還可采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，或通過(guò)氣缸推動(dòng)平衡桿一端調(diào)整擺角等方式，具體根據(jù)使用需要而定。
[0042]檢測(cè)元件為紅外光電距離傳感器，紅外光電距離傳感器設(shè)置于平衡桿的一端或一偵U。通過(guò)紅外光電距離傳感器檢測(cè)小球相對(duì)檢測(cè)元件的距離確定小球的位置，后將該信號(hào)傳遞給控制部件。
[0043]普通的紅外光電距離傳感器測(cè)量電路檢測(cè)距離較小，一般在