[发明专利]一种输出参数可调控的连杆机构实验装置及其调控方法

说明书

技术领域

本发明属于连杆机构传动技术领域，具体涉及一种输出参数可调控的连杆机构实验装置及其调控方法。

背景技术

随着创新教育以及实践教育的不断深化，越来越多的机械连杆机构创新型实验装置走进了学生的课堂。

例如专利公开号为CN104157206A的“多功能平面机构演示仪及其实现方法”，公开了一种多功能平面机构演示仪的实现方法，包括如下步骤：配置用于形成各种平面连杆机构的多个零件；在演示平台上设置用于限定多个零件安装位置的多个预设孔；根据所需演示平面连杆机构的需要选择相应零件，将相应零件安装在对应的预设孔处，并使相应零件对应连接；将相应零件中的曲柄与动力传递机构的输出轴连接，以便在动力传递机构的带动下，所述相应零件演示出一种平面连杆机构。

专利公开号为CN204130052U的“连杆机构分析实验装置”，公开了一种连杆机构分析实验装置，其包括一机架结构及一连杆伸缩结构；所述连杆伸缩结构可拆卸连接在机架结构上；所述机架结构包括一机架底板、四根立柱、一轨道、一轨道滑块、一轨道固定端滑块、两个轨道梁、一步进电机；所述机架底板与所述立柱一端刚性连接；所述立柱另一端与所述轨道梁可拆卸连接；所述轨道通过所述轨道固定端滑块螺钉固定在所述轨道梁上；所述连杆伸缩结构包括一第一下铰链、一第二下铰链、一上铰链、一连杆；所述第一下铰链与所述上铰链轴孔连接；其优点是：能方便拆装，方便学生使用；也可以自己定义各连杆参数来组合成不同的机构；同时能对组合好的机构进行实时运动分析，使学生能更深入地了解平面连杆机构。

综合分析以上的两个连杆机构实验装置，会发现在现有的连杆机构实验装置中，如图1所示，连杆机构皆是匀角速度输入，且连杆机构的各杆长都是固定不变的，即使改变也是通过拆卸再安装的方式来完成；这样的连杆机构实验装置存在以下的问题：

1、输出加速度、速度、位移成固定的关系，当需要实现某些特定的运动参数的时候，无论如何改变输入，均无法得到理想的输出参数；

2、传统连杆机构实验平台杆长固定，涉及到杆长变化的演示或者设计时，只能重新设计安装实验平台，费时费力，成本高；

3、当设计的某一个连杆机构实现了一个特定要求功能时，其他的一些运动参数并不理想；例如：当设计的一个连杆机构的速度输出达到要求时，它的位移或者传力性能由于受到定杆长和定转速的约束而不是很理想。

事实上，连杆机构的定杆长及匀转速在一定程度上限制了连杆机构的应用和发展。

发明内容

本发明提出一种输出参数可调控的连杆机构实验装置及其调控方法，该装置在机构运动过程中，根据需求实时改变主动件转速以及变连杆单元的杆长，有效解决现有的连杆机构存在的技术问题。

一种输出参数可调控的连杆机构实验装置，包括底座、主动部分和从动部分，还包括可调控变连杆部分、电机控制部分以及信号采集部分，其中，所述的主动部分和从动部分分别设置于底座的两端，可调控变连杆部分固定设置于主动部分与从动部分之间的底座上，并与从动部分通过铰接形式相连接；所述的电机控制部分的信号输出端分别连接主动部分和可调控变连杆部分；所述的信号采集部分固定设置于从动部分，且其信号输出端连接电机控制部分的信号输入端以及外设的计算机的信号输入端；

所述的可调控变连杆部分包括贯通电机支架、贯通电机、贯通电机连接件、丝杆和关节轴承，所述的贯通电机支架固定设置于主动部分与从动部分之间的底座上，所述的贯通电机连接件通过与贯通电机支架铰接形成转动副结构，贯通电机与贯通电机连接件通过螺钉固定连接，且贯通电机和丝杆的一端相配合，丝杆的另一端穿过贯通电机连接件的中间通孔与关节轴承固定连接。

所述的信号采集装置为九轴加速度传感器，固定设置于从动部分的滑块上。

所述的关节轴承铰接于从动部分的短连杆与长连杆的连接处。

所述的电机控制部分包括单片机、电机驱动器和用于连接遥控器的位移寄存器。

采用输出参数可调控的连杆机构实验装置进行的调控方法，包括以下步骤：

步骤a-1、根据实际需求，设置运行速度安全阈值、加速度安全阈值和丝杆运行有效长度范围；

步骤a-2、启动实验装置，电机控制部分发送控制信号至主动部分内部的电机，电机的转动带动从动部分内部的滑块直线移动；

步骤a-3、采用九轴加速度传感器采集滑块在运动过程中的最大加速度值和最大速度值，并将采集的数据发送至电机控制部分；