[实用新型]一种附配重的旋转式倒立摆

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种倒立摆装置，具体涉及一种附配重的旋转式倒立摆装置。

背景技术

倒立摆是一种不稳定，人为控制使其处于动态平衡的一种装置。它是一种典型的快速，多变量，非线性，不稳定的系统，对于倒立摆的研究可以帮助我们认识更多控制领域的问题，所以具有很高的理论价值和实用价值。理论上，它能帮助我们更深的理解控制理论和方法。应用上，它在机器人，甚至航空航天领域都有很大的应用。而且，由于倒立摆装置设计简单，价格低廉，在实验教学中有很大的应用。目前，使用的平台滑车型倒立摆，它占地广，而且小车在滑轨上运行的时候容易受到外力的作用，具有一定的局限性。对于存在的旋转倒立摆，由于没有在横梁上加上配重，在实验的过程中不能保证横梁在水平方向上的平衡，并容易损坏电机。

实用新型内容

为了解决上述存在的问题，本实用新型公开了一种附配重的旋转式倒立摆，其具体技术方案如下：

一种附配重的旋转式倒立摆，包括立柱、配重块、横梁和摆杆，所述立柱的底部固定有立柱底座，所述立柱通过立柱底座竖直站立在水平实验台上，

所述立柱上部内设置有伺服电机，所述伺服电机与中央处理器和电源连接，

所述横梁设置在立柱顶部，伺服电机能够驱动横梁在立柱顶部旋转，

所述摆杆悬挂设置在横梁的一端，摆杆该端还设置有单摆编码器，所述单摆编码器与伺服电机和中央处理器连接，所述单摆编码器能够记录横梁旋转过程中，摆杆与竖直方向的偏离角度，

所述配重块与横梁固定设置，所述配重块用于保持横梁平衡。

所述摆杆的顶部设置有摆杆连接器，所述摆杆与横梁通过摆杆连接器连接，摆杆连接器通过铰接的方式与单摆编码器连接。

所述立柱的顶部设置有滑环，所述横梁与滑环的顶部固定，滑环能够在立柱内圆周旋转。

所述单摆编码器还设置有编码器底座，编码器底座与横梁固定。

所述横梁上设置有若干个配重孔，通过配重孔将配重块与横梁固定。

所述立柱为内部中空的空心柱，所述伺服电机位于立柱的内部中空中，所述立柱的顶部设置有电机座，电机座连接伺服电机，所述滑环位于电机座上。

本实用新型的工作原理是：

立柱固定在立柱底板上，立柱通过立柱底板将本实用新型支撑竖直站立在平整的实验台上，伺服电机设置在立柱的中部空间内，电机座固定在立柱顶部，伺服电机通过电机座悬挂在立柱内，伺服电机和中央处理器连接，滑环安装在伺服电机座上，当中央处理器控制伺服电机工作时，伺服电机便会带动滑环以一定的速度旋转，横梁与滑环固定，进而横梁也会跟随伺服电机旋转，中央处理器控制伺服电机的转速，进而能够控制横梁的转速。横梁的一端悬挂设置有摆杆、摆杆连接器、单摆编码器和编码器底座，由于摆杆、摆杆连接器、单摆编码器和编码器底座存在的一定的质量，摆杆在旋转的同时，也会产生一定的轴向推力，所以横梁会产生抖动，甚至会使本实用新型发生倾倒，所以本实用新型根据相应的情况在横梁上加上配重块，起稳定本实用新型的作用。摆杆连接器通过铰接的方式与编码器相连接，形成一个“关节”，可以使摆杆绕着横梁摆动。横梁在水平平面里的旋转，使得摆杆在竖直方向上保持平衡。

本实用新型的有益效果是：

(1)与目前运用较广的倒立摆相比，本实用新型占地较小，并且在实验过程中受到的外力干扰少；

(2)与目前的倒立摆相比，在横梁上设置配重块，实验前可以调节横梁杆的平衡，起到保护伺服电机的作用；

(3)摆杆处可以拓展成二级摆，只需要在实验前调节配重的位置和数量使横梁在水平位置平衡即可，所以具有拓展性，方便研究的深入进行；

(4)本实用新型装置结构简单，编程控制方便，利用单摆编码器与伺服电机和中央处理器实现反馈调节，实验简单。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，

图2是本实用新型的中央处理器的控制过程图，

附图标记列表：1—摆杆，2—摆杆连接器，3—单摆编码器，4—横梁，5—配重块，6—滑环，7—电机座，8—伺服电机，9—编码器底座，10—立柱，11—立柱底座，12—配重孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型。应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。