[发明专利]一种球体平衡装置及球体平衡方法

说明书

本发明公开了一种演示球体平衡装置，所述演示平衡装置包括：两个相互平行设置的轮盘、球体、传感器及控制器、转轴；所述两个轮盘同轴安装在转轴上，在转轴的驱动下轮盘一起旋转；在两个轮盘上设置有自由移动的球体，在球体两侧对称或不对称设置有限定球体移动位置的防护辊；所述传感器检测球体的位置，让球体沿轮盘外边缘运动，并运动至最高点位置稳定下来；所述防护辊和轮盘限定球体的运动轨迹。所述工作方法，包括：启动过程、检测位置及位置修正、顶点位置维持、重新演示。本结构简单，控制方便，将球体平衡效果强烈表现出来，更能引起好奇心，从而产生神奇的效果。

技术领域

本发明涉及一种球体平衡装置，以及球体平衡方法，属于科普教育技术领域。

背景技术

目前在科普、教育与自动化控制领域内，用于演示自动控制算法与手段，表现自动控制的区别与优劣，通常是用倒立摆的形式进行，一根长条直棒从自然下垂，在驱动机构与自动控制器的配合下，运行到长条棒倒立竖起来，且保持倒立。现有这种机构中，每个旋转轴上都会对应一个传感器，通过传感器与轴的连接，可以直接读取长条棒的状态及相关运动参数，在相关算法的控制下，达到长条棒倒立的效果。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提出一种球体平衡装置及球体平衡方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种球体平衡装置，所述球体平衡装置包括：两个相互平行设置的轮盘、球体、传感器及控制器、转轴；所述两个轮盘同轴安装在转轴上，在转轴的驱动下轮盘一起旋转；球体在两个轮盘上上自由滚动，在球体两侧设置有限定球体移动位置的防护辊；所述传感器检测球体的位置，让球体沿轮盘外边缘运动，并运动至最高点位置稳定下来；所述防护辊和轮盘限定球体的运动轨迹。

作为上述技术方案的改进，所述轮盘的外边缘上设置有弹性的摩擦圈，球体直接与摩擦圈接触。

作为上述技术方案的改进，所述防护辊中心位置安装有轴承。

作为上述技术方案的改进，所述两个轮盘之间的间距D与球体半径R之间的几何关系为：R＜D＜2R。

作为上述技术方案的改进，所述球体平衡装置包括电机和主体支架，所述电机安装固定在主体支架上。

作为上述技术方案的改进，所述主体支架上设置有防护架，所述传感器安装固定在防护架上；所述控制器安装固定在主体支架上。

作为上述技术方案的改进，所述球体平衡装置包括联轴器，所述联轴器设置在电机输出端以及轮盘的转轴之间。

作为上述技术方案的改进，所述防护辊本体中心位置设置有安装轴承的中心孔，在防护辊本体中部设置有弧形的限位部，所述限位部限制了球体的运动。

作为上述技术方案的改进，所述限位部中部设置有多个防护槽，防护槽内安装有弹性圈，所述弹性圈与运动中的球体直接接触。

一种球体平衡装置工作方法，所述工作方法如下：

步骤一：启动过程；

将球体置于两个防护辊中任一个上，球体在防护辊及两个轮盘限位下静止不动，接通电源，让电机启动运行秒后，断开电源，电机停止转动，球体因惯性作用一直沿两个轮盘边沿向上滚动；

步骤二：检测位置及位置修正；

球体一直沿两个轮盘边沿向上滚动，运行一段距离后，传感器检测到球体的位置，传感器把数据传给控制器，控制器根据球体的位置调节轮盘的转速和转向，使球体到达轮盘的顶点位置，并稳定下来；

步骤三：顶点位置维持；