[发明专利]一种平衡球滚动控制示教系统装置

说明书

本发明公开了一种平衡球滚动控制示教系统装置，包括平台架以及摆动杆和平衡球，摆动杆设有直线导轨副；直线导轨副包括直线导轨和导轨滑块；平台架中安装有滚珠丝杠副，滚珠丝杠副包括受步进电机驱动的丝杠和丝杠滑块，丝杠滑块与导轨滑块相连接；平台架上安装在单片机，摆动杆上设有平衡球位置传感器，平台架中装有上限位置传感器和下限位置传感器，单片机依据平衡球位置传感器反馈的平衡球滚动位置信号、上限位置传感器反馈的丝杠滑块的上限信号和下限位置传感器反馈的丝杠滑块的下限信号控制步进电机，步进电机旋转驱动滚珠丝杠副利用直线导轨副调节摆动杆的倾斜角度，实现平衡球在摆动杆上静止或做周期性往复滚动的精控示教。

技术领域

本发明涉及教学仪器的设计技术，特别是一种平衡球滚动控制示教系统装置。

背景技术

目前，现有的小球滚动控制系统中，主要是采用悬线控制摆杆角度的方法，这种方式精度性相对较差，并且数学模型也较为复杂，较难实现小球的精确控制。同时现有专利对小球滚动整体系统结构框架的设计也存在一定的缺陷，造成可靠性不高，且在控制算法软件上也没有相关的具体描述细节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供性能稳定、控制精确，能加深学生对自动控制相关概念理解与应用掌握的一种平衡球滚动控制示教系统装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种平衡球滚动控制示教系统装置，包括作为基础平台的平台架以及左端经横转轴转动铰链在平台架中的摆动杆和设置在该摆动杆上能沿摆动杆导向来回滚动的平衡球，摆动杆的右端为自由端，该摆动杆的右端设有直线导轨副；直线导轨副包括固定在摆动杆右端一侧面上的直线导轨和与该直线导轨滑动配合的导轨滑块；平台架中纵向安装有滚珠丝杠副，滚珠丝杠副包括受步进电机驱动的丝杠和与丝杠螺旋配合能沿丝杠上下移动的丝杠滑块，丝杠滑块与导轨滑块相连接；平台架上安装在单片机，摆动杆上间隔设有多个与单片机信号相连的平衡球位置传感器，平台架中安装有用于限定丝杠滑块移动最大上限的上限位置传感器和用于限定丝杠滑块移动最大下限的下限位置传感器，单片机依据平衡球位置传感器反馈的平衡球滚动位置信号以及上限位置传感器反馈的丝杠滑块的上限信号和下限位置传感器反馈的丝杠滑块的下限信号经内部综合运算处理后电信号控制步进电机的旋转方向，该步进电机旋转驱动滚珠丝杠副利用直线导轨副带动摆动杆以横转轴为旋转轴心上下旋转调节摆动杆的倾斜角度控制平衡球的预定运动轨迹，实现平衡球在摆动杆上静止或做周期性往复滚动的精控示教。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的摆动杆为断面呈正方形的铝合金空心管，该摆动杆的上端面成型有凹入的用于为平衡球的滚动提供导向的轨道槽，平衡球放置在该轨道槽中，摆动杆的左端设置有限定平衡球处于最左端位置的左限位挡板，该摆动杆的右端设置有限定平衡球处于最右端位置的右限位挡板。

上述的直线导轨加工有燕尾形导向槽道，导轨滑块设置于该燕尾形导向槽道中并能沿燕尾形导向槽道来回滑动，导轨滑块的横截面呈梯形结构，该导轨滑块上成型有与丝杠滑块转动相连接的连接柱。

上述的丝杠的外周面加工有外螺纹，丝杠滑块加工有与该外螺纹螺旋配合的螺纹孔，丝杠滑块成型有连接腔，连接柱伸入到该连接腔中，并且连接柱位于连接腔的部分上套装有使导轨滑块能相对丝杠滑块旋转连接的推力轴承以及防止推力轴承脱出的挡圈。

上述的平台架为由四根立柱、四根长横杆和至少四根短横杆通过焊接或通过三角件组装构成的一种长立方形框架；横转轴的两端定位支撑在两相应的立柱上，摆动杆的左端加工有转轴孔，该转轴孔中安装有与横转轴转动穿设配合的摆动杆轴承。

上述的摆动杆上采用自攻螺钉安装有传感器支架，传感器支架呈L形，平衡球位置传感器安装在传感器支架上。

上述的摆动杆上间隔设有三个平衡球位置传感器，三个平衡球位置传感器由左至右依次为A0传感器、A1传感器和A2传感器。