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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 自動(dòng)蕩秋千機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 單擺運(yùn)動(dòng)的擺幅往往會(huì)越來(lái)越小，為了維持單擺長(zhǎng)時(shí)間擺動(dòng)，必須周期性地補(bǔ)充能量。蕩秋千越蕩越高的方法是，當(dāng)秋千蕩至最高點(diǎn)時(shí)人的重心要求升高，而蕩至最低點(diǎn)時(shí)人的重心要求降低，這樣通過(guò)人的內(nèi)力做功可以補(bǔ)償擺動(dòng)中的損耗能量。自動(dòng)蕩秋千機(jī)器人，該發(fā)明采用空心滑塊上下移動(dòng)模擬人的重心上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)空心滑塊上下運(yùn)動(dòng)。由脈沖個(gè)數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度，由脈沖頻率來(lái)控制空心滑塊上下運(yùn)動(dòng)的速率。
- 詳細(xì)介紹：
- 自動(dòng)蕩秋千機(jī)器人，該發(fā)明包括單擺系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)控制兩個(gè)模塊。在單擺系統(tǒng)上設(shè)置了擺動(dòng)傳感器，其中，驅(qū)動(dòng)控制模塊包括電源、控制器和驅(qū)動(dòng)器；電源通過(guò)控制器與驅(qū)動(dòng)器相聯(lián)，驅(qū)動(dòng)控制模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線與單擺系統(tǒng)中的擺動(dòng)傳感器和步進(jìn)電機(jī)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(guò)兩根金屬絲與擺體相聯(lián)。 為實(shí)現(xiàn)空心滑塊上下移動(dòng)，由控制器發(fā)送出的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)；其優(yōu)選的方案是控制器發(fā)送250個(gè)脈沖，從而控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（從上向下看），由于每個(gè)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(dòng)空心滑塊移動(dòng)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(shí)驗(yàn)中必須實(shí)現(xiàn)空心滑塊的快速上升，緩慢下降，其實(shí)現(xiàn)方式為由控制器通過(guò)發(fā)送的脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)；其優(yōu)選方式是控制器每秒鐘發(fā)送1200個(gè)脈沖，從而控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)（從上向下看），帶動(dòng)空心滑塊緩慢下降；控制器每秒鐘發(fā)送2400個(gè)脈沖，從而控制驅(qū)動(dòng)器驅(qū)使步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)（從上向下看），帶動(dòng)空心滑塊快速上升。 實(shí)驗(yàn)操作只要接通電源，將擺體偏離平衡位置10度，松手后，當(dāng)擺體擺至最大位移處，傳感器觸發(fā)控制器驅(qū)使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，滑塊下降，隨后快速上升，當(dāng)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(jìn)電機(jī)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間地?cái)[動(dòng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 由于種種因素的影響，單擺運(yùn)動(dòng)的擺幅會(huì)越來(lái)越小，為了維持單擺長(zhǎng)時(shí)間擺動(dòng)，必須周期性地補(bǔ)充能量。蕩秋千越蕩越高的方法是，當(dāng)秋千蕩至最高點(diǎn)時(shí)人的重心要求升高，而秋千蕩至最低點(diǎn)時(shí)人的重心要求降低，這樣通過(guò)人的內(nèi)力做功可以補(bǔ)償擺動(dòng)中的損耗能量。采用空心滑塊上下移動(dòng)模擬人的重心上下運(yùn)動(dòng)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)空心滑塊上下運(yùn)動(dòng)。用脈沖個(gè)數(shù)控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度，用脈沖頻率來(lái)控制空心滑塊上下運(yùn)動(dòng)的速率。 自動(dòng)蕩秋千機(jī)器人創(chuàng)新點(diǎn)與關(guān)鍵技術(shù)： （1）采用擺動(dòng)傳感器，確保能量補(bǔ)償?shù)闹芷谑菃螖[擺動(dòng)周期的一半； （2）采用螺桿旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑塊上升或者下降，確保系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定； （3）采用脈沖個(gè)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(bǔ)償運(yùn)動(dòng)過(guò)程中損耗的能量。 生動(dòng)地演示自動(dòng)蕩秋千的道理。自動(dòng)蕩秋千時(shí)間在3小時(shí)以上。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性：蕩秋千越蕩越高的原理是，當(dāng)秋千蕩至最高點(diǎn)時(shí)人的重心要求升高，而秋千蕩至最低點(diǎn)時(shí)人的重心要求降低，這樣通過(guò)人的內(nèi)力做功可以補(bǔ)償擺動(dòng)中的損耗能量。 先進(jìn)性：空心滑塊通過(guò)螺釘嵌入到螺桿某一位置，螺桿上端為自由端，下端與步進(jìn)電機(jī)共軸，驅(qū)動(dòng)控制模塊通過(guò)擺動(dòng)傳感器與步進(jìn)電機(jī)相連；當(dāng)擺體擺至最大位移處，擺動(dòng)傳感器觸發(fā)驅(qū)動(dòng)控制模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)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(shí)擺動(dòng)傳感器又觸發(fā)一次相同的動(dòng)作，從而驅(qū)使單擺長(zhǎng)時(shí)間擺動(dòng)。驅(qū)動(dòng)控制模塊包括電源、控制器和驅(qū)動(dòng)器。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該作品的初級(jí)作品于2010年11月在南通大學(xué)由江蘇省物理學(xué)會(huì)舉辦的江蘇省第七屆大學(xué)生物理及實(shí)驗(yàn)科技作品創(chuàng)新競(jìng)賽中榮獲二等獎(jiǎng)。
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(shí)物、產(chǎn)品 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 該作品演示操作時(shí)，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(zhǎng)時(shí)間擺動(dòng)。當(dāng)擺至最大位移處，傳感器觸發(fā)控制器驅(qū)使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，滑塊下降，隨后快速上升，當(dāng)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(jìn)電機(jī)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間地?cái)[動(dòng)。適合于演示教學(xué)，也可拓展至玩具行業(yè)，好玩，市場(chǎng)廣，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
同類課題研究水平概述
- 目前國(guó)外的電動(dòng)搖籃，采用偏心輪、彈簧結(jié)構(gòu)，外觀美觀，實(shí)用性好，但是必須置于地面，不能懸掛在空中不停地?cái)[動(dòng)。 國(guó)內(nèi)王樹澤先生提出的專利，名稱為：一種用于單擺運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置. 專利申請(qǐng)?zhí)枮?6235339，是將磁鐵分成三段，中間一段沒(méi)有磁性，經(jīng)過(guò)磁力來(lái)促使物塊上下運(yùn)動(dòng)，但是經(jīng)過(guò)無(wú)窮次試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間擺動(dòng)。
