一種用于實驗教學的球桿平衡控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于實驗教學的球桿平衡控制
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]在“自動控制原理”及“計算機控制”等相關(guān)課程的教學實驗中，一般需要采用實驗裝置配合來講解自動控制的組成、結(jié)構(gòu)、運行與實際效果，使學生對課程的內(nèi)容有更加深入、全面和具體的理解。
[0003]目前用于有關(guān)課程教學的實驗裝置很少，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)是為自動控制原理等基礎(chǔ)控制課程的教學實驗而設(shè)計的實驗設(shè)備，該系統(tǒng)涵蓋了許多經(jīng)典和現(xiàn)代的設(shè)計方法，整個裝置由球桿執(zhí)行系統(tǒng)，控制器和直流電源部分組成，該系統(tǒng)對控制系統(tǒng)來說是一種理想的實驗模型。傳統(tǒng)的球桿控制裝置包括支撐端、平衡桿、以及驅(qū)動平衡桿上下擺動的調(diào)節(jié)部分，小球滾動于平衡桿上。該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是檢測小球的位置。固高公司的產(chǎn)品為采用導電電阻材料制作的平衡桿，小球是金屬制作的，這樣通過金屬球就可以形成一個類似于直線電位器的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的原理簡單，球桿位置檢測采用導電導軌實現(xiàn)，平衡桿的控制則采用伺服電機和輪桿(連桿)裝置實現(xiàn)。但是需要專門定制，制作工藝相對復雜，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)售價通常在3萬元左右，費用昂貴，而教學實驗的經(jīng)費有限，難以購買優(yōu)質(zhì)且實用的實驗產(chǎn)品。
[0005]鑒于以上問題，有必要提出一種結(jié)構(gòu)更為簡單、實用且廉價的實驗產(chǎn)品，方便實驗操作與控制，適用于教學實驗的使用。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實用新型提供了一種用于實驗教學的球桿平衡控制裝置，通過設(shè)置檢測元件可精確的檢測小球所在的位置，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，使小球穩(wěn)定在給定位置上，實現(xiàn)球桿的自動控制平衡實驗，且該裝置機械結(jié)構(gòu)及制作工藝相對簡單，制造成本很低。
[0007]根據(jù)本實用新型的目的提出的一種用于實驗教學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上下擺動，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)置有沿平衡桿運動的小球；
[0008]所述球桿平衡控制裝置還包括控制部件，以及檢測小球位置的檢測元件，所述控制部件分別與所述檢測元件及所述調(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)動所述調(diào)整桿運動調(diào)整平衡桿擺角的驅(qū)動元件，所述驅(qū)動元件與所述控制部件電連接。
[0010]優(yōu)選的，所述驅(qū)動元件為固定設(shè)置的舵機，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)整桿隨舵機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生擺動調(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)成小球的移動導軌。
[0012]優(yōu)選的，所述檢測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，小球滾動于紅外線光敏管與紅外光源之間。
[0015]優(yōu)選的，所述檢測元件為圖像傳感器，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。
[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牙無線通信；或所述通信模塊的通信接口為UART接口，所述通信模塊通過UART轉(zhuǎn)USB轉(zhuǎn)換器連接至計算機的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，本實用新型公開的用于實驗教學的球桿平衡控制裝置的優(yōu)點是:
[0020]該裝置包括平衡桿、位于平衡桿上的小球，檢測元件，控制部件以及調(diào)整部件，檢測元件可精確的檢測小球所在的位置，并將該信息反饋給控制部件，控制部件通過運算得出使小球穩(wěn)定在給定位置上平衡桿的擺角大小，并輸出控制信號給驅(qū)動元件，驅(qū)動元件帶動調(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，并使小球穩(wěn)定在給定位置上，實現(xiàn)球桿的自動控制平衡實驗，該裝置制造成本較低，整個實驗裝置的成本只有幾百元。采用非接觸檢測元件實現(xiàn)小球位置檢測，無摩擦且更為可靠。
[0021]通過采用舵機與調(diào)整桿的配合實現(xiàn)對平衡桿擺角的調(diào)整，結(jié)構(gòu)及制作工藝相對簡單，方便理解與操作使用。
[0022]通過設(shè)置檢測元件檢測小球的位置，這樣平衡桿和小球的材料則無需限定，可以采用任意材料制作，在實際應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，價格便宜，使用極為方便，質(zhì)量較輕，便于控制。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為用于實驗教學的球桿平衡控制裝置實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為實施例1中紅外光電距離傳感器電路圖。
[0026]圖3為用于實驗教學的球桿平衡控制裝置實施例2的截面圖。
[0027]圖4為用于實驗教學的球桿平衡控制裝置實施例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部件的名稱:
[0031]1、平衡桿2、支撐部件3、檢測元件4、舵機5、第一調(diào)整桿6、第二調(diào)整桿7、小球31、紅外線光敏管
【具體實施方式】
[0032]球桿控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是檢測小球的位置?，F(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)品為采用導電電阻材料制作的平衡桿，小球是金屬制作的，這樣通過金屬球就可以形成一個類似于直線電位器的系統(tǒng)。這個系統(tǒng)的原理簡單，但是需要專門定制，制作工藝相對復雜，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)售價通常在3萬元左右，費用昂貴，而教學實驗的經(jīng)費有限，難以購買優(yōu)質(zhì)且實用的實驗產(chǎn)品。
[0033]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種用于實驗教學的球桿平衡控制裝置，通過設(shè)置檢測元件可精確的檢測小球所在的位置，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，使小球穩(wěn)定在給定位置上，實現(xiàn)球桿的自動控制平衡實驗，且該裝置機械結(jié)構(gòu)及制作工藝相對簡單，制造成本很低。
[0034]下面將通過【具體實施方式】對本實用新型的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0035]實施例1
[0036]請一并參見圖1、圖2與圖5，一種用于實驗教學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為支點上下擺動。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)置有沿平衡桿運動的小球7。
[0037]球桿平衡控制裝置還包括控制部件(未示出)，以及檢測小球位置的檢測元件3，控制部件分別與檢測元件3及調(diào)整部件電連接。
[0038]本申請中平衡桿通?？刹捎盟芰匣蚪饘傩筒牡戎谱鳎∏蛲ǔ？蛇x用乒乓球或健身球等，價格便宜，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)動調(diào)整桿運動調(diào)整平衡桿擺角的驅(qū)動元件，驅(qū)動元件與控制部件電連接。其中本申請中驅(qū)動元件優(yōu)選為固定設(shè)置的舵機，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隨舵機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生擺動調(diào)整平衡桿的擺角。
[0040]舵機是車模和航模上廣泛使用的控制執(zhí)行元件，可以通過控制信號使舵機的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)給定的角度。本實用新型中可根據(jù)需要選擇合適的舵機型號，使舵機的輸出足夠驅(qū)動調(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，并使小球穩(wěn)定在給定的位置上，從而實現(xiàn)期望的控制效果。具體型號不做限制。
[0041]本申請中舵機一般采用日本生產(chǎn)的FUTABA S3003D舵機，除采用舵機驅(qū)動外，還可采用電機驅(qū)動，或通過氣缸推動平衡桿一端調(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。通過紅外光電距離傳感器檢測小球相對檢測元件的距離確定小球的位置，后將該信號傳遞給控制部件。
[0043]普通的紅外光電距離傳感器測量電路檢測距離較小，一般在