典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)的制作方法

典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)，由固定結(jié)構(gòu)部分，運動機(jī)構(gòu)部分，電子控制電路部分和軟件部分組成。固定結(jié)構(gòu)部分由支撐架、調(diào)節(jié)旋鈕、面板組成。電子控制電路由微控制器、電機(jī)驅(qū)動模塊、通信接口模塊組成，微控制器通過協(xié)調(diào)運動機(jī)構(gòu)與軟件之間的數(shù)據(jù)與指令；電機(jī)驅(qū)動器用于驅(qū)動運動機(jī)構(gòu)的電機(jī)，數(shù)據(jù)通信接口用于采集姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，同時將采集來的數(shù)據(jù)處理后實時發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行二次處理。軟件用于將二次處理后的數(shù)據(jù)以圖形、圖表的形式直觀展示給用戶，同時將用戶的指令及時發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)將得到的指令用于控制運動機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的動作。實現(xiàn)了直觀的展示典型運動機(jī)構(gòu)的運動過程，同時將運動數(shù)據(jù)以圖表的方式實時展現(xiàn)。
【專利說明】典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)，尤其屬于一種應(yīng)用于對機(jī)構(gòu)運動參數(shù)實時監(jiān)測的場合。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，我們所熟知的典型運動機(jī)構(gòu)實物和運動參數(shù)反饋系統(tǒng)大多屬于一種靜態(tài)結(jié)構(gòu)展示或者一些簡單的機(jī)構(gòu)運動或者用工業(yè)軟件做的虛擬運動展示，普通的靜態(tài)展示機(jī)構(gòu)或者機(jī)構(gòu)運動的演示無法將機(jī)構(gòu)的運動規(guī)律和運動參數(shù)直觀的反應(yīng)出來，對于軟件虛擬的機(jī)構(gòu)運動演示又給人一種不真實或者無法直觀感受到真切的機(jī)構(gòu)運動過程，使人產(chǎn)生困惑，所以，社會迫切需要一種可以直觀展示機(jī)構(gòu)運動過程又能將運動數(shù)據(jù)實時展現(xiàn)的系統(tǒng)，實現(xiàn)軟件實時反應(yīng)機(jī)構(gòu)運動參數(shù)，同時機(jī)構(gòu)又可被軟件實時控制的功能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種面向典型運動機(jī)構(gòu)的實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)，可直觀的展示典型運動機(jī)構(gòu)的運動過程，又能將運動數(shù)據(jù)以圖表的方式實時展現(xiàn)，采用模塊化設(shè)計，使使用者可根據(jù)需要安裝所需使用的部分，增加了系統(tǒng)實用性，軟件可跟隨運動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)實時反饋，同時，軟件又可反向控制機(jī)構(gòu)執(zhí)行預(yù)想的運動。
[0004]典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)，由固定結(jié)構(gòu)部分，運動機(jī)構(gòu)部分，電子控制電路部分和軟件部分組成。固定結(jié)構(gòu)部分由支撐架、調(diào)節(jié)旋鈕、面板組成，支撐架與面板相連，支撐架用于調(diào)節(jié)面板與水平面之間的角度，支撐架上有安裝調(diào)節(jié)旋鈕的調(diào)節(jié)旋鈕螺紋孔，通過調(diào)節(jié)旋鈕在調(diào)節(jié)旋鈕螺紋孔里的旋轉(zhuǎn)來改變支撐架與地面接觸點的高度進(jìn)而改變面板與水平面之間的角度，面板上有大大小小，排列、形狀各不相同的孔或槽，其位置、形狀、大小由需要安裝的運動機(jī)構(gòu)決定。由于典型運動機(jī)構(gòu)種類眾多，在此通過四桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)為例展示系統(tǒng)的運作與功能，體現(xiàn)系統(tǒng)的兼容協(xié)作能力，系統(tǒng)可兼容大多數(shù)典型運動機(jī)構(gòu)。
[0005]當(dāng)運動機(jī)構(gòu)選擇四桿機(jī)構(gòu)時，運動機(jī)構(gòu)由驅(qū)動電機(jī)、桿件組成，通過調(diào)整桿件的長短和各桿所處的相對位置，變化出雙搖桿、雙曲柄、曲柄搖桿等典型四桿運動機(jī)構(gòu)，桿與桿之間通過軸相連，桿與驅(qū)動電機(jī)軸相連的位置有緊定螺釘，桿與面板通過軸相連或通過編碼器相連。
[0006]當(dāng)運動機(jī)構(gòu)選擇凸輪時，運動機(jī)構(gòu)由位移傳感器、凸輪、驅(qū)動電機(jī)組成。凸輪與驅(qū)動電機(jī)相連，固定于面板，位移傳感器的頂針或滾輪與凸輪相貼合，實時反映凸輪的輪邊緣上的點到旋轉(zhuǎn)中心的距離，進(jìn)而計算凸輪的輪廓線軌跡。
[0007]電子控制電路由微控制器、電機(jī)驅(qū)動模塊、通信接口模塊組成，微控制器通過協(xié)調(diào)運動機(jī)構(gòu)與軟件之間的數(shù)據(jù)與指令，達(dá)到上位機(jī)與下位機(jī)協(xié)調(diào)工作；電機(jī)驅(qū)動器用于驅(qū)動運動機(jī)構(gòu)的電機(jī)，數(shù)據(jù)通信接口用于采集姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，同時將采集來的數(shù)據(jù)處理后實時發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行二次處理。
[0008]軟件用于將二次處理后的數(shù)據(jù)以圖形、圖表的形式直觀展示給用戶，同時將用戶的指令及時發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)將得到的指令用于控制運動機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的動作。
[0009]當(dāng)各部分正確連接后，運動機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)時，當(dāng)使用姿態(tài)傳感器作為檢測器件時，當(dāng)微控制器收到上位機(jī)發(fā)送來的指令時，通過電機(jī)控制器控制電機(jī)運轉(zhuǎn)，姿態(tài)傳感器通過通信接口將其中一根桿的三軸加速度及三軸角速度實時傳輸給微控制器，微控制器解算后通過通信接口反饋給上位機(jī)，上位機(jī)二次處理后以直觀的方式實時反映給上位機(jī)。
[0010]運動機(jī)構(gòu)為凸輪機(jī)構(gòu)時，當(dāng)使用位移傳感器作為檢測器件時，當(dāng)微控制器收到上位機(jī)發(fā)送來的指令時，通過電機(jī)控制器控制電機(jī)運轉(zhuǎn)，位移傳感器通過通信接口將位移距離實時傳輸給微控制器，微控制器解算后通過通信接口反饋給上位機(jī)，上位機(jī)二次處理后以直觀的方式實時反映給上位機(jī)。
[0011]上述運動機(jī)構(gòu)的角位移還可通過編碼器檢測，使用編碼器檢測時通過微控制器的硬件中斷觸發(fā)內(nèi)部的計數(shù)器實時反饋角位移數(shù)據(jù)。
[0012]上述可知，本發(fā)明實現(xiàn)了可直觀的展示典型運動機(jī)構(gòu)的運動過程，又能將運動數(shù)據(jù)以圖表的方式實時展現(xiàn)的預(yù)期目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)的支撐架；
圖2是本典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)的面板；
圖3是本典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)的裝配體(運動機(jī)構(gòu)為四桿)；
圖4是本典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)的裝配體(運動機(jī)構(gòu)為凸輪)；
圖5是本典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)微控制器的最小系統(tǒng)電路圖；
圖6是本典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動電路；
圖7是本典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)的串口通Ih電路；
圖8是本典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)的電源電路。

【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹
本典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)，由固定結(jié)構(gòu)部分，運動機(jī)構(gòu)部分，電子控制電路，軟件組成。
[0015]參見圖1，固定結(jié)構(gòu)部分由支撐架1、調(diào)節(jié)旋鈕、面板組成4，支撐架I與面板4相連通過螺釘相連，支撐架I上有用于螺釘穿過的固定孔2，支撐架I用于調(diào)節(jié)面板4與水平面之間的角度，支撐架I上有安裝調(diào)節(jié)旋鈕的調(diào)節(jié)旋鈕螺紋孔3，通過調(diào)節(jié)旋鈕在調(diào)節(jié)旋鈕螺紋孔3里的旋轉(zhuǎn)來改變支撐架I與地面接觸點的高度進(jìn)而改變面板4與水平面之間的角度。
[0016]參見圖2，面板4上有大大小小、排列、形狀各不相同的孔或槽，其位置、形狀、大小由需要安裝的運動機(jī)構(gòu)決定。本示例面板上有用于驅(qū)動電機(jī)安裝的固定孔6，用于編碼器安裝的固定孔8，用于位移傳感器安裝的固定槽7。由于典型運動機(jī)構(gòu)種類眾多，在此通過四桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)為例展示系統(tǒng)的運作與功能，體現(xiàn)系統(tǒng)的兼容協(xié)作能力，系統(tǒng)可兼容大多數(shù)典型運動機(jī)構(gòu)。
[0017]參見圖3，當(dāng)運動機(jī)構(gòu)選擇四桿機(jī)構(gòu)時，運動機(jī)構(gòu)由驅(qū)動電機(jī)9、桿件組成。通過調(diào)整桿件的長短和各桿所處的相對位置，變化出雙搖桿、雙曲柄、曲柄搖桿等典型四桿運動機(jī)構(gòu)，這里采用了可變長度的驅(qū)動桿11實現(xiàn)機(jī)構(gòu)種類的變化。桿與桿之間通過軸相連，桿與驅(qū)動電機(jī)9軸相連的位置有緊定螺釘，桿與面板4通過軸相連或通過編碼器10相連。
[0018]參見圖4，當(dāng)運動機(jī)構(gòu)選擇凸輪14時，運動機(jī)構(gòu)由位移傳感器15、凸輪14、驅(qū)動電機(jī)組成，凸輪14與驅(qū)動電機(jī)相連，固定于面板4，位移傳感器15的頂針或滾輪與凸輪相貼合，實時反映凸輪的輪邊緣上的點到旋轉(zhuǎn)中心的距離，進(jìn)而計算凸輪的輪廓線軌跡。
[0019]電子控制電路由微控制器U3、電機(jī)驅(qū)動模塊U2、通信接口模塊U5組成。微控制器U3通過協(xié)調(diào)運動機(jī)構(gòu)與軟件之間的數(shù)據(jù)與指令，達(dá)到上位機(jī)與下位機(jī)協(xié)調(diào)工作；電機(jī)驅(qū)動器U2用于驅(qū)動運動機(jī)構(gòu)的電機(jī)，數(shù)據(jù)通信接口 U5用于采集姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，同時將采集來的數(shù)據(jù)處理后實時發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行二次處理。
[0020]參見圖5，微控制器U3的最小系統(tǒng)，這里選用了 atmegal6單片機(jī)，R6和Cll組成復(fù)位電路，R6 —端連接VCC，一端連接RST，同時與Cll相連，Cl I另一端與GND相連；C12與C13 一端連接GND另一端連接晶振同時與atmegal6相應(yīng)標(biāo)號引腳相連組成晶振電路；使用atmegal6片內(nèi)集成的IIC、SPI通信電路采集傳感器數(shù)據(jù)，這里選擇了 IIC通信。
[0021]參見圖6，電機(jī)驅(qū)動模塊U2，這里選用了 L298N驅(qū)動芯片，在電源端并聯(lián)電容消除電壓波動，在每個輸出端連接肖特基二極管穩(wěn)定電壓，電機(jī)驅(qū)動模塊根據(jù)需要驅(qū)動的電機(jī)數(shù)量決定所需驅(qū)動器數(shù)量。
[0022]參見圖7，串口通信電路U5，這里選用了 RS232通信，使用MAX232CPE進(jìn)行電平變換，協(xié)調(diào)PC上位機(jī)與atmegal6。
[0023]參見圖8，電源電路U1，這里選用了 LM2596T-ADJ可調(diào)穩(wěn)壓電源芯片，通過Rl修改參考電壓進(jìn)而修改輸出電壓值，用于消除因為負(fù)載變換組成的電壓小范圍波動，使系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，使變化外圍驅(qū)動部件的數(shù)量時更加可靠。
[0024]軟件用于將二次處理后的數(shù)據(jù)以圖形、圖表的形式直觀展示給用戶，同時將用戶的指令及時發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)將得到的指令用于控制運動機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的動作。
[0025]當(dāng)各部分正確連接后，運動機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)時，當(dāng)使用姿態(tài)傳感器作為檢測器件時，當(dāng)微控制器U3收到上位機(jī)發(fā)送來的指令時，通過電機(jī)控制器U2控制電機(jī)9運轉(zhuǎn)，姿態(tài)傳感器通過通信接口將其中一根桿的三軸加速度及三軸角速度實時傳輸給微控制器U3，微控制器U3解算后通過通信接口 U5反饋給上位機(jī)，上位機(jī)二次處理后以直觀的方式實時反映給上位機(jī)。
[0026]運動機(jī)構(gòu)為凸輪機(jī)構(gòu)時，當(dāng)使用位移傳感器作為檢測器件時，當(dāng)微控制器U3收到上位機(jī)發(fā)送來的指令時，通過電機(jī)控制器U2控制電機(jī)運轉(zhuǎn)，位移傳感器15通過通信接口將位移距離實時傳輸給微控制器U2，微控制器U2解算后通過通信接口 U5反饋給上位機(jī)，上位機(jī)二次處理后以直觀的方式實時反映給上位機(jī)。
[0027]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的多個實施方式，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對這些實施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的保護(hù)范圍由各項權(quán)利要求及其等同范圍限定。
【權(quán)利要求】
1.典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)，由固定結(jié)構(gòu)部分，運動機(jī)構(gòu)部分，電子控制電路部分和軟件部分組成，其特征在于:固定結(jié)構(gòu)部分由支撐架、調(diào)節(jié)旋鈕、面板組成，支撐架與面板相連，支撐架用于調(diào)節(jié)面板與水平面之間的角度，支撐架上有安裝調(diào)節(jié)旋鈕的調(diào)節(jié)旋鈕螺紋孔，通過調(diào)節(jié)旋鈕在調(diào)節(jié)旋鈕螺紋孔里的旋轉(zhuǎn)來改變支撐架與地面接觸點的高度進(jìn)而改變面板與水平面之間的角度。
2.如權(quán)利要求1所述的典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)，其特征在于:面板上有大大小小，排列、形狀各不相同的孔或槽，其位置、形狀、大小由需要安裝的運動機(jī)構(gòu)決定。
3.如權(quán)利要求1所述的典型運動機(jī)構(gòu)實物與運動參數(shù)實時同步交互系統(tǒng)，其特征在于:電子控制電路由微控制器、電機(jī)驅(qū)動模塊、通信接口模塊組成，微控制器通過協(xié)調(diào)運動機(jī)構(gòu)與軟件之間的數(shù)據(jù)與指令，達(dá)到上位機(jī)與下位機(jī)協(xié)調(diào)工作；電機(jī)驅(qū)動器用于驅(qū)動運動機(jī)構(gòu)的電機(jī)，數(shù)據(jù)通信接口用于采集姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，同時將采集來的數(shù)據(jù)處理后實時發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行二次處理；軟件用于將二次處理后的數(shù)據(jù)以圖形、圖表的形式直觀展示給用戶，同時將用戶的指令及時發(fā)送給下位機(jī)，下位機(jī)將得到的指令用于控制運動機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的動作。
【文檔編號】G05B19/042GK104199346SQ201410402598
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月16日
【發(fā)明者】丁云廣, 汲鵬舉, 陳鴻, 于紀(jì)言 申請人:丁云廣