CN104064100B - 一种机构运动演示平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机构运动演示平台，包括箱体，位于箱体内的行星齿轮机构、螺旋传动机构、凸轮传动机构、槽轮传动机构、X轴导轨、平面连杆传动机构、锥齿轮机构七种可连接的基本机构，驱动电路，以及运动轨迹反馈单元，其中：平面连杆传动机构、螺旋传动机构、凸轮传动机构三部分分别作为平台的X、Y、Z轴驱动机构，各个基本机构和运动轨迹反馈单元均为有机玻璃制作而成，并通过设置在相互之间的连接件连接。本发明的机构运动演示平台展示性能好，功能拓展性强，其利用串联形式将多种机构有机结合，使用多台步进电机驱动，在展现各个机构传动特点的同时，更体现了结构之间的协作性；能够满足课堂机械类课程教学需要且丰富教学课堂。

Description

一种机构运动演示平台

技术领域

本发明涉及教学教具领域，具体而言涉及一种机构运动演示平台。

背景技术

现有的用于机构运动演示的平台，功能过于单一，无任何趣味性，亦未添加任何机构运动反馈环节，仅为将单一机构运动手动展示，无法完全深刻的将机构运动形式进行生动、全面的展示。

发明内容

本发明目的在于提供一种能够满足课堂机械类课程教学需要且丰富教学课堂的机构运动演示平台。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种机构运动演示平台，包括箱体，位于箱体内的行星齿轮机构、螺旋传动机构、凸轮传动机构、槽轮传动机构、X轴导轨、平面连杆传动机构、锥齿轮机构七种可连接的基本机构，驱动电路，以及运动轨迹反馈单元，其中：平面连杆传动机构、螺旋传动机构、凸轮传动机构三部分分别作为平台的X、Y、Z轴驱动机构，各个基本机构和运动轨迹反馈单元均为有机玻璃制作而成，并通过设置在相互之间的连接件连接。

本发明提出的机构运动演示平台，与现有技术相比，其有益效果在于：

1)该平台由有机玻璃制造，制作工艺简单，展示性能好；

2)能够在平台表面上拓展添加其他所需机构，功能拓展性强；

3)该平台机构部分利用串联形式将多种机构有机结合，使用多台步进电机驱动，在展现各个机构传动特点的同时，更体现了结构之间的协作性；

4)可利用手持式设备实现用户与平台之间的信息交互，具有较高的互动性和实用性。

附图说明

图1a-1b为本发明一实施方式机构运动演示平台的结构示意图。

图2为图1实施例中箱体的结构示意图。

图3为图1实施例中螺旋传动机构的示意图。

图4为图1实施例中行星齿轮机构的示意图。

图5为图1实施例中槽轮传动机构的示意图。

图6a-6b为图1实施例中平面连杆传动机构的示意图。

图7为图1实施例中X轴导轨的示意图

图8为图1实施例中锥齿轮机构的示意图。

图9为图1实施例中凸轮传动机构的示意图。

图10为图1实施例中运动轨迹反馈单元的示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图1a、1b所示为本发明一实施方式机构运动演示平台的结构示意，其中，一种机构运动演示平台，包括箱体A，位于箱体内的螺旋传动机构B、行星齿轮机构C、槽轮传动机构D、平面连杆传动机构E、X轴导轨F、锥齿轮机构G、凸轮传动机构H七种可连接的基本机构，驱动电路(未示出)，以及运动轨迹反馈单元I，其中：平面连杆传动机构E、螺旋传动机构B、凸轮传动机构H三部分分别作为平台的X、Y、Z轴驱动机构，各个基本机构和运动轨迹反馈单元均为有机玻璃制作而成，并通过设置在相互之间的连接件连接。

下面结合图2-图10所示，具体说明前述实施例中各部件的连接与运动关系。

如图2所示，箱体A的材料为有机玻璃，其包括6个表面，分别为上下、左右和前后六个面板，其中箱体上面板上放置机构部分，即前述行星齿轮机构、螺旋传动机构、凸轮传动机构、槽轮传动机构、平面连杆传动机构、锥齿轮机构七种可连接的基本机构，箱体内部放置驱动电路。

如图3所示，前述的螺旋传动机构B，其材料为有机玻璃，包括一具有外周嵌孔2-1的上层板2、具有外周嵌孔(3-1、4-1)的两个底板(3、4)、具有中心孔位的两个固定板(5、6)、T型螺母7、4块平台竖支撑板8、输出轴固定有T型丝杆的步进电机9以及若干连接件，例如螺丝和螺母等。

具体地，所述具有中心孔位的两个固定板(15、16)包括第一固定板(15)、第二固定板(16)，所述的两个底板(3、4)包括具有第一外周嵌孔(3-1)的第一底板(3)以及具有第二外周嵌孔(4-1)的第二底板(4)。

前述T型螺母(7)固定在第一固定板(15)、第二固定板(16)之间，该T型螺母(7)具有一中心孔槽(7-1)；

前述上层板(2)上形成有第一中心孔位(10)，第二底板(4)上形成有第二中心孔位(11)，该2个中心孔位与所述第一固定板(15)、第二固定板(16)的中心孔位以及T型螺母(7)的中心孔槽(7-1)位于一条直线上，用于提供所述T型丝杆的固定和定位；

前述竖支撑板(8)安装在上层板(2)与第二底板(4)之间，并通过所述上层板的外周嵌孔(2-1)以及第二外周嵌孔(4-1)连接以实现固定；

步进电机9通过螺丝紧固于第一底板3、第二底板4之间，步进电机9的丝杆穿进所述第一中心孔位10和第二中心孔位11的中间，并且不紧固。

T型螺母7与步进电机9的丝杆穿入匹配后置于第一固定板15、第二固定板16之间，用螺栓紧固。通过步进电机9运动，带动整个螺旋传动机构B实现螺旋传动(第一固定板15、第二固定板16、T型螺母7)展示。整个螺旋传动机构B作为Y轴驱动机构。

如图4所示，本发明的行星齿轮机构C，其制作材料为有机玻璃，作为较佳的实施例，其包括带轴12-1的行星齿轮12、联轴器13、第二步进电机14、两个电机固定板(15、16)、轴承17以及连接件，例如螺丝和螺母等。

第一固定板15、第二固定板16通过螺栓将第二步进电机14紧固其中，第一固定板15、第二固定板16上设有孔位，便于将第二步进电机14固定于箱体A的下面板之上，带轴的行星齿轮12通过轴承固定于箱体A的上面板之上，带轴的行星齿轮12通过联轴器13与第二步进电机14连接。通过第二步进电机14的转动带动行星齿轮C运动。

如图5所示，前述槽轮传动机构D，其制作材料为有机玻璃，包括带轴槽轮片(19、20)、传动带21、带轮(22、23)、轴承(24、25)。

带轴槽轮片(19、20)分别通过轴承(24、25)固定于箱体A之上，带传动部分(由传动带21、带轮(22、23)组成)位于箱体A的内部，第一带轮22及传动带21与第一带轴槽轮片19的轴连接，第一带轴槽轮片19与第二带轴槽轮片20卡合，第二带轮23及传动带21与行星齿轮12的轴12-1固定连接，通过第二步进电机14的运动带动带传动部分运动，实现槽轮传动机构D的运动。

如图6a-6b所示，前述平面连杆传动机构E，其制作材料为有机玻璃，包括平面连杆部分26、主电机27、杆驱动步进电机28、杆驱动步进电机滑槽29、支撑台30、步进电机固定片31、轴承32(图6b所示)以及若干螺丝螺母。

主电机27通过其电机轴与平面连杆部分26连接，平面连杆部分26的连杆之间、以及杆驱动步进电机滑槽29与平面连杆部分26之间通过螺丝螺母进行连接，使其均可相对转动，杆驱动步进电机28通过其上端的步进电机固定片31固定于杆驱动步进电机滑槽29的里面，杆驱动步进电机滑槽29通过轴承32固定于支撑台30之上(图6b所示)，支撑台30通过胶状物质固定于箱体A上。

通过主电机27运动，驱动整个平面连杆传动机构E运动，通过杆驱动步进电机28运动改变杆驱动步进电机滑槽29的长短，从而变化平面连杆传动机构E运动形式(包括双曲柄运动、曲柄摇杆运动、双摇杆运动)。

平面连杆传动机构E构成整个平台的X轴驱动机构。

结合图7，本发明的X轴导轨F，包括X轴导轨驱动件33、X轴导轨连接片34、X轴导轨滑块35、X轴轨道36以及若干用于连接和固定的螺丝螺母。其中：X轴导轨驱动件33与平面连杆部分26、X轴导轨驱动件33与X轴导轨连接片34、X轴导轨连接片34与X轴导轨滑块35均通过螺丝连接，X轴轨道36通过螺丝与箱体A的上面板连接。平面连杆部分26的运动，驱动X轴导轨滑块35在X轴轨道36上往返运动。

如图8所示，前述锥齿轮机构G，其材料为有机玻璃，包括立式轴承37、手摇杆38、两个相互啮合的锥齿轮(39、40)，连接轴41、轴承42。连接轴41通过轴承42固定于箱体A的上面板之上，立式轴承37固定手摇杆38，通过手动手摇杆38可驱动第一锥齿轮39运动，进而驱动第二锥齿轮40运动以带动连接轴41运动。

如图9所示，前述凸轮传动机构H，其制作材料为有机玻璃，包括凸轮43、凸轮驱动步进电机44、电机固定片45、带孔电机托台46、从动件48、Z轴滑槽49、带固定片的滑块50以及若干用于连接和固定的螺丝螺母。

凸轮43通过电机固定片45与电机44进行固定，用螺丝螺母将电机固定片45与带孔电机托台46进行固定，前述锥齿轮机构G的连接轴41与带孔电机托台46中的孔连接固定，带固定片的滑块50与从动件48通过固定片连接固定，滑块50通过螺丝螺母固定于箱体A的上面板之上。

如图9所示，通过连接轴41运动带动凸轮43转动，凸轮43的转动驱动从动件48沿Z轴滑槽49往返运动，调节凸轮驱动步进电机44的转动可通过其输出轴长度改变从而改变凸轮43成同心、偏心运动。从动件48、Z轴滑槽49、带固定片滑块50作为Z轴。

如图10所示，本发明的运动轨迹反馈单元I，其材料为有机玻璃，包括荧光板51、4个固定块52、带轴LED灯53、LED灯托板54以及若干用于连接和固定的螺丝螺母。

荧光板51为将荧光粉涂于有机玻璃上制成，其作用为：当灯光投射至荧光板51上，灯光所投射的位置泛出荧光，并持续发光一段时间后再渐渐散去。

结合图1所示，固定块52通过螺丝螺母固定于箱体上面板之上，前后4个固定块52将荧光板51固定，LED灯托板54连接于前述螺旋传动机构B的两个固定板(5、6)之间，通过螺丝螺母固定。通过螺旋传动机构的运动带动LED灯托板54运动，使带轴LED灯53在荧光板51前运动，通过带轴LED灯53的投射，使其在荧光板51留下运动轨迹。

结合图1-图10，本实施例的整个演示平台中，行星齿轮机构C由第二步进电机14驱动，带轴行星齿轮12的运动通过箱体内部带轮驱动槽轮传动机构D运动，主电机27运动带动平面连杆传动机构E运动，驱动X轴导轨滑块35在X轴轨道36上往返运动，可同时通过步进电机9运动实现螺旋传动，即Y轴运动，亦可通过手摇杆38驱动锥齿轮机构G、凸轮传动机构H运动实现从动件48推动带固定片滑块50在Z轴滑槽49内运动，即Z轴运动。整个发明运动同时，运动轨迹反馈单元I在荧光板51上留下运动轨迹，显示形式为荧光效果，LIRU5分钟后逐渐淡去，可重新进行运动轨迹记录。

本发明的前述实施例中，所述各机构中的驱动电机，例如步进电机、主电机等均是由驱动电路来驱动，本实施例中所采用的驱动电路为常规的电机驱动电路设计，为本领域的普通技术人员根据本发明的前述教导可以方便地制作出对应的驱动电路，故不再赘述。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1.一种机构运动演示平台，其特征在于，包括：箱体，位于箱体内的螺旋传动机构(B)、行星齿轮机构(C)、槽轮传动机构(D)、平面连杆传动机构(E)、X轴导轨(F)、锥齿轮机构(G)、凸轮传动机构(H)七种可连接的基本机构，多个驱动马达，以及运动轨迹反馈单元(I)，其中：平面连杆传动机构(E)、螺旋传动机构(B)、凸轮传动机构(H)三部分分别作为平台的X、Y、Z轴驱动机构，各个基本机构(B、C、D、E、F、G、H)和运动轨迹反馈单元(I)均为有机玻璃制作而成，并通过设置在相互之间的连接件连接，其中：

所述螺旋传动机构(B)包括一具有外周嵌孔(2-1)的上层板(2)、具有外周嵌孔(3-1、4-1)的两个底板(3、4)、具有中心孔位的两个固定板(5、6)、T型螺母(7)、4块平台竖支撑板(8)、输出轴固定有T型丝杆的步进电机(9)，其中：

所述具有中心孔位的两个固定板(5、6)包括第一固定板(5)、第二固定板(6)，所述的两个底板(3、4)包括具有第一外周嵌孔(3-1)的第一底板(3)以及具有第二外周嵌孔(4-1)的第二底板(4)；

前述T型螺母(7)固定在第一固定板(5)、第二固定板(6)之间，该T型螺母(7)具有一中心孔槽(7-1)；

前述上层板(2)上形成有第一中心孔位(10)，第二底板(4)上形成有第二中心孔位(11)，该2个中心孔位与所述第一固定板(5)、第二固定板(6)的中心孔位以及T型螺母(7)的中心孔槽(7-1)位于一条直线上，用于提供所述T型丝杆的固定和定位；

前述竖支撑板(8)安装在上层板(2)与第二底板(4)之间，并通过所述上层板的外周嵌孔(2-1)以及第二外周嵌孔(4-1)连接以实现固定；

步进电机(9)通过螺丝紧固于第一底板(3)、第二底板(4)之间，步进电机(9)的丝杆穿进所述第一中心孔位(10)和第二中心孔位(11)的中间且不紧固；

T型螺母(7)与步进电机(9)的丝杆穿入匹配后置于第一固定板(5)、第二固定板6)之间，用螺栓紧固；通过步进电机(9)运动，带动整个螺旋传动机构(B)实现螺旋传动，整个螺旋传动机构(B)作为Y轴驱动机构。

2.根据权利要求1所述的机构运动演示平台，其特征在于，所述行星齿轮机构(C)包括带轴(12-1)的行星齿轮(12)、联轴器(13)、第二步进电机(14)、两个电机固定板(15、16)以及轴承(17)，其中：

两个电机固定板(15、16)通过螺栓将第二步进电机(14)紧固其中，电机固定板(15、16)上设有孔位，用于将第二步进电机(14)固定于箱体(A)的下面板之上，带轴(12-1)的行星齿轮(12)通过轴承固定于箱体(A)的上面板之上，带轴(12-1)的行星齿轮(12)通过联轴器(13)与第二步进电机(14)连接，所述第二步进电机(14)的转动带动行星齿轮(12)运动。

3.根据权利要求2所述的机构运动演示平台，其特征在于，所述槽轮传动机构D包括带轴槽轮片(19、20)、传动带(21)、带轮(22、23)以及轴承(24、25)，其中：

带轴槽轮片(19、20)包括第一带轴槽轮片(19)与第二带轴槽轮片(20)，分别通过轴承(24、25)固定于箱体(A)之上，由传动带21、带轮(22、23)组成的带传动部分位于箱体(A)的内部，第一带轮(22)及传动带(21)与第一带轴槽轮片(19)的轴连接，第一带轴槽轮片(19)与第二带轴槽轮片(20)卡合，第二带轮(23)及传动带(21)与行星齿轮(12)的轴(12-1)固定连接，通过第二步进电机(14)的运动带动带传动部分运动，实现槽轮传动机构(D)的运动。

4.根据权利要求3所述的机构运动演示平台，其特征在于，所述平面连杆传动机构(E)包括平面连杆部分(26)、主电机(27)、杆驱动步进电机(28)、杆驱动步进电机滑槽(29)、支撑台(30)、步进电机固定片(31)、轴承(32)，其中：

主电机(27)通过其电机轴与平面连杆部分(26)连接，平面连杆部分(26)的内部连杆之间、以及杆驱动步进电机滑槽(29)与平面连杆部分(26)之间均通过螺丝螺母进行连接，使其均可相对转动，杆驱动步进电机(28)通过其上端的步进电机固定片(31)固定于杆驱动步进电机滑槽(29)的里面，杆驱动步进电机滑槽(29)通过轴承(32)固定于支撑台(30)之上，支撑台(30)通过胶状物质固定于箱体(A)上；

通过主电机(27)运动，驱动平面连杆传动机构(E)运动，通过杆驱动步进电机(28)运动改变杆驱动步进电机滑槽(29)的长短，从而变化平面连杆传动机构(E)运动形式，包括双曲柄运动、曲柄摇杆运动、双摇杆运动。

5.根据权利要求4所述的机构运动演示平台，其特征在于，所述X轴导轨(F)包括X轴导轨驱动件(33)、X轴导轨连接片(34)、X轴导轨滑块(35)、X轴轨道(36)，其中：

X轴导轨驱动件(33)与平面连杆部分(26)、X轴导轨驱动件(33)与X轴导轨连接片(34)、X轴导轨连接片(34)与X轴导轨滑块(35)之间均通过螺丝连接，X轴轨道(36)通过螺丝与箱体(A)的上面板连接，平面连杆部分(26)的运动，驱动X轴导轨滑块(35)在X轴轨道(36)上往返运动。

6.根据权利要求1所述的机构运动演示平台，其特征在于，所述前述锥齿轮机构(G)包括立式轴承(37)、手摇杆(38)、两个相互啮合的锥齿轮(39、40)、连接轴(41)、轴承(42)，其中：

连接轴(41)通过轴承(42)固定于箱体(A)的上面板之上，立式轴承(37)固定手摇杆(38)，通过手动手摇杆(38)可驱动第一锥齿轮(39)运动，进而驱动第二锥齿轮(40)运动以带动连接轴(41)运动。

7.根据权利要求6所述的机构运动演示平台，其特征在于，所述凸轮传动机构(H)包括凸轮(43)、凸轮驱动步进电机(44)、电机固定片(45)、带孔电机托台(46)、从动件(48)、Z轴滑槽(49)、带固定片的滑块(50)，其中：

凸轮(43)通过电机固定片(45)与凸轮驱动步进电机(44)进行固定，电机固定片(45)与带孔电机托台(46)通过螺丝螺母固定，前述锥齿轮机构(G)的连接轴(41)与带孔电机托台(46)中的孔连接固定，带固定片的滑块(50)与从动件(48)通过固定片连接固定，带固定片的滑块(50)通过螺丝螺母固定于箱体(A)的上面板之上，

通过连接轴(41)运动带动凸轮(43)转动，凸轮(43)的转动驱动从动件(48)沿Z轴滑槽(49)往返运动，调节凸轮驱动步进电机(44)的转动可通过其输出轴长度改变从而改变凸轮(43)成同心、偏心运动。

8.根据权利要求1所述的机构运动演示平台，其特征在于，所述运动轨迹反馈单元(I)包括荧光板(51)、4个固定块(52)、带轴LED灯(53)和LED灯托板(54)，其中：

荧光板(51)为将荧光粉涂于有机玻璃上制成，其作用为：当灯光投射至荧光板(51)上，灯光所投射的位置泛出荧光，并持续发光一段时间后再渐渐散去；

所述固定块(52)通过螺丝螺母固定于箱体上面板之上，前后4个固定块(52)将荧光板(51)固定，LED灯托板(54)连接于前述螺旋传动机构(B)，通过螺丝螺母固定；通过螺旋传动机构(B)的运动带动LED灯托板(54)运动，使带轴LED灯(53)在荧光板(51)前运动，通过带轴LED灯(53)的投射，使其在荧光板(51)留下运动轨迹。