基本信息
- 項目名稱：
- 自動蕩秋千機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 單擺運動的擺幅往往會越來越小，為了維持單擺長時間擺動，必須周期性地補充能量。蕩秋千越蕩越高的方法是，當秋千蕩至最高點時人的重心要求升高，而蕩至最低點時人的重心要求降低，這樣通過人的內(nèi)力做功可以補償擺動中的損耗能量。自動蕩秋千機器人，該發(fā)明采用空心滑塊上下移動模擬人的重心上下運動，通過步進電機轉(zhuǎn)動帶動空心滑塊上下運動。由脈沖個數(shù)控制步進電機轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度，由脈沖頻率來控制空心滑塊上下運動的速率。
- 詳細介紹：
- 自動蕩秋千機器人，該發(fā)明包括單擺系統(tǒng)和驅(qū)動控制兩個模塊。在單擺系統(tǒng)上設(shè)置了擺動傳感器，其中，驅(qū)動控制模塊包括電源、控制器和驅(qū)動器；電源通過控制器與驅(qū)動器相聯(lián)，驅(qū)動控制模塊通過數(shù)據(jù)線與單擺系統(tǒng)中的擺動傳感器和步進電機相聯(lián)；單擺系統(tǒng)的上端是支桿，支桿被支起或者懸掛，支桿通過兩根金屬絲與擺體相聯(lián)。 為實現(xiàn)空心滑塊上下移動，由控制器發(fā)送出的脈沖個數(shù)來實現(xiàn)；其優(yōu)選的方案是控制器發(fā)送250個脈沖，從而控制驅(qū)動器驅(qū)使步進電機順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)（從上向下看），由于每個脈沖驅(qū)使螺桿旋轉(zhuǎn)7.5度，即每次旋轉(zhuǎn)1875度，從而每次發(fā)出的脈沖帶動空心滑塊移動的位移是相同的，確?？招幕瑝K的上限位與下限位的位置不變。 實驗中必須實現(xiàn)空心滑塊的快速上升，緩慢下降，其實現(xiàn)方式為由控制器通過發(fā)送的脈沖頻率來實現(xiàn)；其優(yōu)選方式是控制器每秒鐘發(fā)送1200個脈沖，從而控制驅(qū)動器驅(qū)使步進電機逆時針旋轉(zhuǎn)（從上向下看），帶動空心滑塊緩慢下降；控制器每秒鐘發(fā)送2400個脈沖，從而控制驅(qū)動器驅(qū)使步進電機順時針旋轉(zhuǎn)（從上向下看），帶動空心滑塊快速上升。 實驗操作只要接通電源，將擺體偏離平衡位置10度，松手后，當擺體擺至最大位移處，傳感器觸發(fā)控制器驅(qū)使步進電機旋轉(zhuǎn)，滑塊下降，隨后快速上升，當擺至另一側(cè)最大位移處則同樣傳感器觸發(fā)控制器驅(qū)使步進電機旋轉(zhuǎn)，滑塊下降，隨后快速上升，每次觸發(fā)擺體能有效地獲得一定能量，從而實現(xiàn)長時間地擺動。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 由于種種因素的影響，單擺運動的擺幅會越來越小，為了維持單擺長時間擺動，必須周期性地補充能量。蕩秋千越蕩越高的方法是，當秋千蕩至最高點時人的重心要求升高，而秋千蕩至最低點時人的重心要求降低，這樣通過人的內(nèi)力做功可以補償擺動中的損耗能量。采用空心滑塊上下移動模擬人的重心上下運動，通過步進電機轉(zhuǎn)動帶動空心滑塊上下運動。用脈沖個數(shù)控制步進電機轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度，用脈沖頻率來控制空心滑塊上下運動的速率。 自動蕩秋千機器人創(chuàng)新點與關(guān)鍵技術(shù)： （1）采用擺動傳感器，確保能量補償?shù)闹芷谑菃螖[擺動周期的一半； （2）采用螺桿旋轉(zhuǎn)帶動滑塊上升或者下降，確保系統(tǒng)運動穩(wěn)定； （3）采用脈沖個數(shù)控制轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度，脈沖頻率控制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，使滑塊上升快而下降慢，確保系統(tǒng)補償運動過程中損耗的能量。 生動地演示自動蕩秋千的道理。自動蕩秋千時間在3小時以上。
科學性、先進性
- 科學性：蕩秋千越蕩越高的原理是，當秋千蕩至最高點時人的重心要求升高，而秋千蕩至最低點時人的重心要求降低，這樣通過人的內(nèi)力做功可以補償擺動中的損耗能量。 先進性：空心滑塊通過螺釘嵌入到螺桿某一位置，螺桿上端為自由端，下端與步進電機共軸，驅(qū)動控制模塊通過擺動傳感器與步進電機相連；當擺體擺至最大位移處，擺動傳感器觸發(fā)驅(qū)動控制模塊驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)，從而帶動滑塊緩慢下降，隨后快速上升，擺體擺至另一側(cè)最大位移時擺動傳感器又觸發(fā)一次相同的動作，從而驅(qū)使單擺長時間擺動。驅(qū)動控制模塊包括電源、控制器和驅(qū)動器。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該作品的初級作品于2010年11月在南通大學由江蘇省物理學會舉辦的江蘇省第七屆大學生物理及實驗科技作品創(chuàng)新競賽中榮獲二等獎。
作品所處階段
- 已完成
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 一次性轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品 現(xiàn)場演示 圖片 樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該作品演示操作時，只要接通電源，將擺體偏離平衡位置10度左右，松手后，就能長時間擺動。當擺至最大位移處，傳感器觸發(fā)控制器驅(qū)使步進電機旋轉(zhuǎn)，滑塊下降，隨后快速上升，當擺至另一側(cè)最大位移處則同樣傳感器觸發(fā)控制器驅(qū)使步進電機旋轉(zhuǎn)，滑塊下降，隨后快速上升，每次觸發(fā)擺體能獲得一定能量，從而實現(xiàn)長時間地擺動。適合于演示教學，也可拓展至玩具行業(yè)，好玩，市場廣，經(jīng)濟效益可觀。
同類課題研究水平概述
- 目前國外的電動搖籃，采用偏心輪、彈簧結(jié)構(gòu)，外觀美觀，實用性好，但是必須置于地面，不能懸掛在空中不停地擺動。 國內(nèi)王樹澤先生提出的專利，名稱為：一種用于單擺運動的自動驅(qū)動裝置. 專利申請?zhí)枮?6235339，是將磁鐵分成三段，中間一段沒有磁性，經(jīng)過磁力來促使物塊上下運動，但是經(jīng)過無窮次試驗后，發(fā)現(xiàn)無法實現(xiàn)長時間擺動。
