CN109741664A - 电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台及其实验方法。电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台用于拟合电致动材料平面四杆机构的活动轨迹，其包括机架、驱动模块一、电致动杆，平面四杆机构设置在机架上。平面四杆机构包括输入杆、连杆、连架杆，驱动模块一用于驱动所述电致动材料平面四杆机构运动。电致动杆的一端固定在连杆上并加一电压V₁，另一端悬空并加一电压V₂。本发明通过设置驱动模块一，驱动平面四杆机构运动，使电致动杆的另一端产生一条用于作为对照的运动轨迹O₁。在电致动杆的两端加两个电压，使由电致动聚合物材料制成的电致动杆弯曲变形，使电致动杆的另一端产生一条拟合轨迹O₂，从而得到四杆机构的拟合轨迹。

Description

电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台及其实验方法

技术领域

本发明涉及实验仪器技术领域的一种综合实验平台及其实验方法，具体为一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台及其实验方法。

背景技术

在锻压装备送料系统机构设计中，平面连杆机构是一种应用最广泛且最基本的机构。平面连杆机构具有以下一些优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度。平面连杆机构的缺点是：在一般情况下，平面连杆机构只能近似实现给定运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；平面连杆机构中做复杂运动和做往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，因而平面连杆机构常用于所需速度较低的场合。

考虑到平面连杆机构的上述不足，并针对上述提到的轨迹无法完全拟合、惯性力难以平衡等缺点，应当进行补偿。电致动聚合物材料是一种新兴材料，控制该材料的电压，能够弯曲变形，是一种新型的致动材料。因此，可以将电致动聚合物材料应用到传统的平面四杆机构中，并在四杆机构运动时进行弯曲补偿。因此，搭建基于电致动材料的四杆机构实验平台对研究四杆机构轨迹拟合问题有很大的意义。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台及其实验方法，具备快速、准确等优点，解决了现有的平面连杆机构的轨迹无法完全拟合、惯性力难以平衡的问题。

(二)技术方案

为实现上述快速、准确的目的，本发明提供如下技术方案：一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其用于拟合电致动材料平面四杆机构的活动轨迹；所述综合实验平台包括机架，所述电致动材料平面四杆机构设置在机架上；所述电致动材料平面四杆机构包括输入杆、一端转动安装在输入杆的一端上的连杆、一端转动安装在连杆的另一端上的连架杆；所述实验平台还包括：

驱动模块一，其用于驱动所述电致动材料平面四杆机构运动；所述驱动模块一包括电机控制系统；所述电机控制系统包括均安装在机架上的步进电机一、步进电机二；输入杆的另一端固定在步进电机一的输出轴上；连架杆的另一端固定在步进电机二上；以及

电致动杆，其一端固定在连杆上并加一电压V₁，另一端悬空并加一电压V₂；

其中，在电压V₁与电压V₂均恒定时，步进电机一、步进电机二转动并分别带动输入杆、连架杆相对连杆转动，使电致动杆的另一端产生一条运动轨迹O₁；在电压V₁与电压V₂变化时，电致动杆弯曲变形，同时步进电机一、步进电机二继续转动，使电致动杆的另一端产生一条拟合轨迹O₂。

作为上述方案的进一步改进，所述综合实验平台还包括轨迹记录装置；所述轨迹记录装置用于记录电致动杆的另一端运动所产生的轨迹；所述轨迹记录装置包括固定在电致动杆的另一端上的安装块，分别固定在安装块相邻且相互垂直的三个面上的距离传感器一、距离传感器二、距离传感器三，以及与安装块相邻且相互垂直的三个面平行的三个墙面；距离传感器一、距离传感器二、距离传感器三分别用于检测安装块到所述三个墙面的距离x、y、z；所述距离x、y、z对应三维坐标系中的一个点S(x，y，z)；

其中，在电压V₁与电压V₂均恒定时，步进电机一、步进电机二转动并分别带动输入杆、连架杆相对连杆转动，使电致动杆的另一端带动安装块运动，所述距离x、y、z随安装块的运动而变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条运动轨迹O₁；在电压V₁与电压V₂变化时，电致动杆弯曲变形，同时步进电机一、步进电机二继续转动，使电致动杆的另一端带动安装块运动，所述距离x、y、z随安装块的运动而变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条拟合轨迹O₂。

作为上述方案的进一步改进，连架杆上开设滑槽一，连杆上开设滑槽二；所述实验平台还包括铰链连接装置和多个紧固组件，且铰链连接装置包括配合板和两个铰链连接块；两个铰链连接块分别安装在滑槽一与滑槽二中，并分别在滑槽一与滑槽二中滑动；配合板设置在连架杆与连杆之间，并通过多个紧固组件连接两个铰链连接块，并使连架杆的一端转动安装在连杆的另一端上。

作为上述方案的进一步改进，所述实验平台还包括用于安装电致动杆的加载装置；加载装置的纵剖面呈n形，且滑动于连杆上，并通过紧固组件限位在连杆上。

作为上述方案的进一步改进，所述实验平台还包括压线装置，压线装置包括台子和滚子；台子呈U形，且台子的相对两侧壁上分别开设平行的两个滑槽三；滚子的转轴两端转动安装在两个滑槽三中，且滚子具有供步进电机一或步进电机二的导线缠绕的环形槽。

作为上述方案的进一步改进，机架包括安装板、竖放的四根支撑柱、平放的多块固定板；四根支撑柱的同一端构成一个矩形的四个顶点；固定板的两端分别固定在两根支撑柱上；位于所述矩形同一侧的两根支撑柱的顶端上分别固定两块固定板的同一端，位于所述矩形同另一侧的两根支撑柱的顶端上分别固定两块固定板的同另一端；安装板的两端分别安装在两块固定板的相对侧上；步进电机一、步进电机二均安装在安装板上。

进一步地，安装板的两端分别滑动安装在两块固定板的相对侧上开设的凹槽内；机架还包括多个角件、四块橡胶垫；角件固定在支撑柱与固定板(102)的连接处，四块橡胶垫分别固定在四根支撑柱的底端上。

作为上述方案的进一步改进，所述电机控制系统还包括相互平行的多块限位板、两根限位管；限位板固定在机架上；限位管的两端分别穿过多块限位板，使限位管转动安装在限位板上；步进电机一、步进电机二的输出端分别插入并固定在两根限位管内；输入杆的另一端固定在一根限位管远离步进电机一的一端上；连架杆的另一端固定在另一根限位管远离步进电机二的一端上。

本发明还提供了一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的实验方法，其采用上述任意一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，所述实验方法包括：

(a)在电致动杆的一端加一电压V₁，在电致动杆的另一端加一电压V₂；

(b)使电压V₁与电压V₂均恒定，启动步进电机一、步进电机二并分别带动输入杆、连架杆相对连杆转动，使电致动杆的另一端产生一条运动轨迹O₁；

(c)使电压V₁与电压V₂变化，并在电致动杆的两端之间产生使电致动杆弯曲的电压降；启动步进电机一、步进电机二并分别带动输入杆、连架杆相对连杆转动，使电致动杆的另一端产生一条拟合轨迹O₂。

本发明还提供了一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的实验方法，其采用上述电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，所述实验方法包括：

(a)通过距离传感器一、距离传感器二、距离传感器三分别检测安装块到所述三个墙面的距离x、y、z；将所述距离x、y、z对应三维坐标系中的一个点S(x，y，z)；

(b)使电压V₁与电压V₂均恒定，启动步进电机一、步进电机二并分别带动输入杆、连架杆相对连杆转动，使电致动杆的另一端带动安装块运动，所述距离x、y、z随安装块的运动而变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条运动轨迹O₁；

(c)使电压V₁与电压V₂变化，使电致动杆弯曲变形，同时启动步进电机一、步进电机二，使电致动杆的另一端带动安装块运动，所述距离x、y、z随安装块的运动而再次变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条拟合轨迹O₂。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台及其实验方法，具备以下有益效果：

1、本发明的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台及其实验方法，通过设置驱动模块一，驱动平面四杆机构运动，使电致动杆的另一端产生一条用于作为对照的运动轨迹O₁。同时，在电致动杆的两端加两个电压，使由电致动聚合物材料制成的电致动杆弯曲变形，并且使电致动杆的另一端的位置产生变化，从而使电致动杆的另一端产生一条拟合轨迹O₂，从而得到四杆机构的拟合轨迹。并且，对照运动轨迹O₁，根据实际需要设定电致动杆的两端的电压，使电致动杆产生所需的弯曲程度，以产生不同的拟合轨迹，并对电致动材料四杆机构运动时进行弯曲补偿，从而平衡四杆机构的惯性力。

2、本发明的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台及其实验方法，通过设置轨迹记录装置，记录电致动杆的另一端运动时产生的轨迹，并且在安装块上安装距离传感器一、距离传感器二、距离传感器三，分别用于检测安装块到三个墙面的距离x、y、z，并对应三维坐标系中的一个点S(x，y，z)。在安装块随电致动杆运动时，点S的三个坐标也在不断变化，从而形成一条由不断变化的点S组成的一条曲线，且曲线随电压V₁、电压V₂的变化而变化，实现对电致动材料平面四杆机构的轨迹的拟合。

附图说明

图1为本发明实施例1的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的结构示意图；

图2为图1中的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的侧视图；

图3为图2中的区域A的放大图；

图4为本发明实施例1的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的电机控制系统的系统框图；

图5为本发明实施例1的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的模型图；

图6为本发明实施例1中的实验1的运动轨迹O₁的曲线图；

图7为本发明实施例1中的实验2的拟合轨迹O₂的曲线图；

图8为本发明实施例1中的实验3的拟合轨迹O₂的曲线图；

图9为本发明实施例3的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的结构示意图；

图10为图9中的区域B的放大图；

图11为本发明实施例5的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的结构示意图；

图12为本发明实施例6的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的机架的立体示意图；

图13为本发明实施例6的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的输入杆的立体示意图；

图14为本发明实施例6的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的连架杆的立体示意图；

图15为本发明实施例6的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的连杆的立体示意图；

图16为本发明实施例6的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的铰链连接块的立体示意图；

图17为本发明实施例6的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的配合板的立体示意图；

图18为本发明实施例6的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的连架杆和连杆连接处的放大图；

图19为本发明实施例6的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的固定座的立体示意图；

图20为本发明实施例6的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的加载装置的立体示意图；

图21为本发明实施例6的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的压线装置的立体示意图。

符号说明：

1 机架 19 固定座

2 连杆 21 滑槽二

3 连架杆 31 滑槽一

4 输入杆 101 支撑柱

6 步进电机一 102 固定板

7 步进电机二 103 安装板

8 电致动杆 104 角件

9 限位板 105 橡胶垫

10 限位管 106 固定座

12 距离传感器一 151 配合板

13 距离传感器二 152 铰链连接块

14 距离传感器三 181 台子

15 铰链连接装置 182 滚子

16 紧固组件 181a 滑槽三

17 加载装置 182a 环形槽

18 压线装置

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1、图2以及图3，本实施例的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台用于拟合电致动材料平面四杆机构的活动轨迹。综合实验平台包括机架1、驱动模块一、电致动杆8、驱动模块二。

在一些实施例中，机架1包括安装板103、四根支撑柱101、多块固定板102、多个角件104、四块橡胶垫105。

支撑柱101与地面垂直放置，固定板102与支撑柱101垂直设置。四根支撑柱101的同一端构成一个矩形的四个顶点，固定板102的两端分别固定在两根支撑柱101上。位于矩形同一侧的两根支撑柱101的顶端上分别固定两块固定板102的同一端，位于矩形同另一侧的两根支撑柱101的顶端上分别固定两块固定板102的同另一端。在本实施例中，固定板102的数量为四块，另两块固定板102与上述两块固定板102平行且位于上述两块固定板102的下方。并且，在接下来的介绍中，固定板102均指与两根支撑柱101的顶端相连接的固定板102。安装板103的两端分别安装在两块固定板102的相对侧上，步进电机一6、步进电机二7均安装在安装板103上。角件104固定在支撑柱101与固定板102的连接处以加强支撑柱101与固定板102的连接。四块橡胶垫105分别固定在四根支撑柱101的底端上，降低机架1的整体震动。其中，区域A展示安装板103的内部结构。

在一些实施例中，安装板103的两端分别滑动安装在两块固定板102的相对侧上开设的凹槽内，并且在安装板103滑动至需要的位置后，在安装板103与两块固定板102的连接处通过多个螺栓将安装板103固定在两块固定板102上。这样，有利于根据实际需要，调节安装板103的位置，方便实验的进行。

电致动材料平面四杆机构设置在机架1上，电致动材料平面四杆机构包括输入杆4、连杆2、连架杆3。连杆2的一端转动安装在输入杆4的一端上，连架杆3的一端转动安装在连杆2的另一端上。在本实施例中，对于电致动材料平面四杆机构，只需使用其三根杆，而另一根杆为固定杆，其可以固定在机架1上，但是由于固定杆相对机架1固定，则可以去除。

请参阅图4，驱动模块一用于驱动电致动材料平面四杆机构运动，驱动模块一包括电机控制系统。电机控制系统包括步进电机一6、步进电机二7、PC机、J-LINK仿真器、STM32mini板、两个电机驱动器。步进电机一6、步进电机二7均安装在机架1上。输入杆4的另一端固定在步进电机一6的输出轴上。连架杆3的另一端固定在步进电机二7上。PC机的USB接口电性连接J-LINK仿真器，J-LINK仿真器电性连接STM32mini板，STM32mini板电性连接两个电机驱动器；PC机通过J-LINK仿真器、STM32mini板控制两个电机驱动器分别驱动步进电机一6、步进电机二7转动。其中，步进电机一6、步进电机二7均采用两相四线的步进电机42BYG。

PC机运行脉冲程序，通过J-LINK仿真器使STM32mini板向步进电机一6、步进电机二7发送脉冲信号，同时将两个电机驱动器均接入24V的直流电源，驱动步进电机一6、步进电机二7根据脉冲信号进行转动。

在一些实施例中，电机控制系统还包括多块限位板9、两根限位管10。多块限位板9相互平行，限位板9固定在机架1上。限位管10的两端分别穿过多块限位板9，使限位管10转动安装在限位板9上。步进电机一6、步进电机二7的输出端分别插入并固定在两根限位管10内。输入杆4的另一端固定在一根限位管10远离步进电机一6的一端上。连架杆3的另一端固定在另一根限位管10远离步进电机二7的一端上。步进电机一6、步进电机二7转动以分别带动两根限位管10相对限位板9转动，并带动输入杆4、连架杆3相对连杆2转动。

电致动杆8一端固定在连杆2上并加一电压V₁，电致动杆8的另一端悬空并加一电压V₂。在本实施例中，电致动杆8采用电致动聚合物材料制成，在电致动杆8的两端的电压V₁、V₂恒定不变时，电致动杆8不会产生弯曲，在电压V₁、V₂变化时，电致动杆8弯曲变形。

驱动模块二用于驱动电致动杆8产生弯曲，驱动模块二包括可编程电源。可编程电源产生电压V₁、电压V₂并输出至电致动杆8的两端。其中，可编程电源采用电源KA3005P。

其中，在电压V₁与电压V₂恒定不变时，步进电机一6、步进电机二7转动并分别带动输入杆4、连架杆3相对连杆2转动，使电致动杆8的另一端产生一条运动轨迹O₁。在电压V₁与电压V₂产生变化时，电致动杆8弯曲变形，同时步进电机一6、步进电机二7继续转动，使电致动杆8的另一端产生一条拟合轨迹O₂。运动轨迹O₁可以作为实验的对照组轨迹，从而通过运动轨迹O₁对比拟合轨迹O₂，从而研究四杆机构轨迹拟合问题。

请参阅图5，输入杆4的长度为a，连杆2的长度为b，连架杆3的长度为c，步进电机一6、步进电机二7的中心分别为点A、D，且点A、D之间的距离为d。同时，可以将输入杆4、连杆2、连架杆3、电致动杆8分别简化为线段AB、BC、CD、EF。当电压V₁与电压V₂均恒定时，线段EF垂直于线段BC，在电压V₁与电压V₂变化后，电致动杆8的另一端移动至点F’，并且电致动杆8旋转角度dα。

在本实施例中，为方便进行实验，将机架1的尺寸设置成480mm×380mm×300mm，并进行三组平面四杆机构轨迹综合实验：

实验1

步进电机一6、步进电机二7均作匀速运动，并且电压V₁与电压V₂均恒定不变，使电致动杆8保持在一个原始形状不变。通过对电致动杆8拍摄视频，并追踪电致动杆8的末端F的轨迹，得到如图6所示的曲线轨迹。

实验2

在本实验中，a＝4，b＝12，c＝14，d＝15，e＝5，f＝5(单位均为厘米)。根据电致动聚合物材料的弯曲角度与电压电流的对应关系，将此时所需的角度转换成所需要设置的电压电流值，输出给电致动杆8的两端，使步进电机一6、步进电机二7转动，可以得到电致动杆8弯曲后点F的轨迹运动视频，追踪点F并绘制，得到曲线轨迹如图7所示。

实验3

在本实验中，a＝4，b＝12，c＝14，d＝15，e＝9，f＝5(单位均为厘米)。与实验2一样，进行相同的操作，得到的曲线轨迹如图8所示。

综上所述，本实施例的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台具有以下优点：

本实施例的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，通过设置驱动模块一，驱动电致动材料平面四杆机构运动，使电致动杆8的另一端产生一条用于作为对照的运动轨迹O₁。同时，在电致动杆8的两端加两个电压，使由电致动聚合物材料制成的电致动杆8弯曲变形，并且使电致动杆8的另一端的位置产生变化，从而使电致动杆8的另一端产生一条拟合轨迹O₂，从而得到四杆机构的拟合轨迹。并且，对照运动轨迹O₁，根据实际需要设定电致动杆8的两端的电压，使电致动杆8产生所需的弯曲程度，以产生不同的拟合轨迹，并对四杆机构运动时进行弯曲补偿，从而平衡四杆机构的惯性力。

实施例2

本实施例提供了一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的实验方法，其采用实施例1中的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台。其中，实验方法包括：

(a)在电致动杆8的一端加一电压V₁，在电致动杆8的另一端加一电压V₂。

(b)使电压V₁与电压V₂均恒定，启动步进电机一6、步进电机二7并分别带动输入杆4、连架杆3相对连杆2转动，使电致动杆8的另一端产生一条运动轨迹O₁。

(c)使电压V₁与电压V₂变化，并在电致动杆8的两端之间产生使电致动杆8弯曲的电压降；启动步进电机一6、步进电机二7并分别带动输入杆4、连架杆3相对连杆2转动，使电致动杆8的另一端产生一条拟合轨迹O₂。

实施例3

请参阅图9以及图10，本实施例的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台在实施例1的基础上增加了轨迹记录装置。轨迹记录装置用于记录电致动杆8的另一端运动所产生的轨迹，轨迹记录装置包括安装块11、距离传感器一12、距离传感器二13、距离传感器三14、三个墙面。安装块11固定在电致动杆8的另一端上，距离传感器一12、距离传感器二13、距离传感器三14分别固定在安装块11相邻且相互垂直的三个面上。三个墙面与安装块11相邻且相互垂直的三个面平行。距离传感器一12、距离传感器二13、距离传感器三14分别用于检测安装块11到三个墙面的距离x、y、z。距离x、y、z对应三维坐标系中的一个点S(x，y，z)。

其中，在电压V₁与电压V₂均恒定时，步进电机一6、步进电机二7转动并分别带动输入杆4、连架杆3相对连杆2转动，使电致动杆8的另一端带动安装块11运动，距离x、y、z随安装块11的运动而变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条运动轨迹O₁；在电压V₁与电压V₂变化时，电致动杆8弯曲变形，同时步进电机一6、步进电机二7继续转动，使电致动杆8的另一端带动安装块11运动，距离x、y、z随安装块11的运动而变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条拟合轨迹O₂。

本实施例的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，通过设置轨迹记录装置，记录电致动杆8的另一端运动时产生的轨迹，并且在安装块11上安装距离传感器一12、距离传感器二13、距离传感器三14，分别用于检测安装块11到三个墙面的距离x、y、z，并对应三维坐标系中的一个点S(x，y，z)。在安装块11随电致动杆8运动时，点S的三个坐标也在不断变化，从而形成一条由不断变化的点S组成的一条曲线，且曲线随电压V₁、电压V₂的变化而变化，实现对电致动材料平面四杆机构的轨迹的拟合，并且相较于实施例1，本实施例的轨迹记录方式更加准确，保证拟合轨迹的准确性。

实施例4

本实施例提供了一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的实验方法，其采用实施例3中的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台。其中，实验方法包括：

(a)通过距离传感器一12、距离传感器二13、距离传感器三14分别检测安装块11到三个墙面的距离x、y、z；将距离x、y、z对应三维坐标系中的一个点S(x，y，z)。

(b)使电压V₁与电压V₂均恒定，启动步进电机一6、步进电机二7并分别带动输入杆4、连架杆3相对连杆2转动，使电致动杆8的另一端带动安装块11运动，距离x、y、z随安装块11的运动而变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条运动轨迹O₁。

(c)使电压V₁与电压V₂变化，使电致动杆8弯曲变形，同时启动步进电机一6、步进电机二7，使电致动杆8的另一端带动安装块11运动，距离x、y、z随安装块11的运动而再次变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条拟合轨迹O₂。

实施例5

请参阅图11，本实施例的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台在实施例3的基础上增加了四块橡胶垫105、四个固定座106。四块橡胶垫105的顶端分别固定在四根支撑柱101的底端上，四块橡胶垫105的底端分别固定在四个固定座106中。这样，可以减少机架1的震动，提高实验平台的稳定性，提高拟合轨迹的准确性。

实施例6

本实施例提供了一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其与实施例1的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台相似，区别在于机架1、连杆2、连架杆3和输入杆4的结构与实施例1中的不同，并且增加了铰链连接装置15、加载装置17、压线装置18和多个紧固组件16。

请参阅图12，机架1可由具有一定强度和刚度的材料制成，如铁、钢等通过铸造、轧制或挤出等工艺制造的具有一定截面形状和物理性能的物体。机架1主要由MC-8-100100、8080-100直角支架、螺栓M8×20-8组成。

请参阅图13、图14以及图15，在本实施例中，输入杆4杆长为200mm，连架杆3为800mm，连杆2为1000mm。连架杆3上开设滑槽一31，连杆2上开设滑槽二21，且滑槽一31和滑槽二21的槽宽为20mm。请参阅图16、图17以及图18，铰链连接装置15包括配合板151和两个铰链连接块152，两个铰链连接块152分别安装在滑槽一31与滑槽二21中，并分别在滑槽一31与滑槽二21中滑动。配合板151设置在连架杆3与连杆2之间，并通过多个紧固组件16连接两个铰链连接块152，并使连架杆3的一端转动安装在连杆2的另一端上。其中，紧固组件16可包括螺栓M5和螺栓M15。

在本实施例中，假设所有的杆件均为实心，将所有的重量均放到输入杆4上，取线速度为0.1m/s，则有：

V＝10×40×1000+800+200×10^-9＝8×10^-4m³

已知铝的密度为2.7×10³kg/m³，取g＝9.8kg*m/s²，则电致动材料平面四杆机构的重量为：

G＝8×10^-4×2.7×10³×9.8＝21.168N

故驱动电致动材料平面四杆机构所需的功率为：

P＝21.168×0.1＝2w

故，在本实施例中，步进电机一6、步进电机二7均优选松下的电机MHMD072P1，其额定功率为750w。如图19所示，由于电机尺寸较大，为保证和型材能保持平行，在电机底部焊接平行的导向块，在尾端用螺栓将其固定在机架1上，并且通过固定座19进行安装。

请参阅图20，加载装置17的纵剖面呈n形，且滑动于连杆2上，并通过紧固组件16限位在连杆2上。加载装置17未嵌入滑槽一31和滑槽二21中，可直接套在连杆2上，并通过螺栓进行定位，从而实现对加载装置17位置的调节。加载装置17用于安装电致动杆8。

请参阅图21，压线装置18包括台子181和滚子182。台子181呈U形，且台子181的相对两侧壁上分别开设平行的两个滑槽三181a。台子181由一个基座和两块铣出沟槽的铝板焊接而成，基座上打有孔，孔径为7mm，采用专用螺栓连接到型材上而固定。滚子182的转轴两端转动安装在两个滑槽三181a中，且滚子182具有供步进电机一6或步进电机二7的导线缠绕的环形槽182a。考虑到给电致动杆8电激励的电压加载装置的导线可能会在连杆运动过程中产生弯曲绕线等情况，对连杆的运动造成负面影响，需要设计专门的装置保证导线在连杆的运动过程中始终保持拉伸状态。这里采用滚子182的自重将导线下压，保证在运动过程中，连接到电致动杆8上的导线始终保持拉伸状态。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其用于拟合电致动材料平面四杆机构的活动轨迹；所述综合实验平台包括机架(1)，所述电致动材料平面四杆机构设置在机架(1)上；所述电致动材料平面四杆机构包括输入杆(4)、一端转动安装在输入杆(4)的一端上的连杆(2)、一端转动安装在连杆(2)的另一端上的连架杆(3)；其特征在于：所述实验平台还包括：

驱动模块一，其用于驱动所述电致动材料平面四杆机构运动；所述驱动模块一包括电机控制系统；所述电机控制系统包括均安装在机架(1)上的步进电机一(6)、步进电机二(7)；输入杆(4)的另一端固定在步进电机一(6)的输出轴上；连架杆(3)的另一端固定在步进电机二(7)上；以及

电致动杆(8)，其一端固定在连杆(2)上并加一电压V₁，另一端悬空并加一电压V₂；

其中，在电压V₁与电压V₂均恒定时，步进电机一(6)、步进电机二(7)转动并分别带动输入杆(4)、连架杆(3)相对连杆(2)转动，使电致动杆(8)的另一端产生一条运动轨迹O₁；在电压V₁与电压V₂变化时，电致动杆(8)弯曲变形，同时步进电机一(6)、步进电机二(7)继续转动，使电致动杆(8)的另一端产生一条拟合轨迹O₂。

2.根据权利要求1所述的一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其特征在于：所述综合实验平台还包括轨迹记录装置；所述轨迹记录装置用于记录电致动杆(8)的另一端运动所产生的轨迹；所述轨迹记录装置包括固定在电致动杆(8)的另一端上的安装块(11)，分别固定在安装块(11)相邻且相互垂直的三个面上的距离传感器一(12)、距离传感器二(13)、距离传感器三(14)，以及与安装块(11)相邻且相互垂直的三个面平行的三个墙面；距离传感器一(12)、距离传感器二(13)、距离传感器三(14)分别用于检测安装块(11)到所述三个墙面的距离x、y、z；所述距离x、y、z对应三维坐标系中的一个点S(x，y，z)；

其中，在电压V₁与电压V₂均恒定时，步进电机一(6)、步进电机二(7)转动并分别带动输入杆(4)、连架杆(3)相对连杆(2)转动，使电致动杆(8)的另一端带动安装块(11)运动，所述距离x、y、z随安装块(11)的运动而变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条运动轨迹O₁；在电压V₁与电压V₂变化时，电致动杆(8)弯曲变形，同时步进电机一(6)、步进电机二(7)继续转动，使电致动杆(8)的另一端带动安装块(11)运动，所述距离x、y、z随安装块(11)的运动而变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条拟合轨迹O₂。

3.根据权利要求1所述的一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其特征在于：连架杆(3)上开设滑槽一(31)，连杆(2)上开设滑槽二(21)；所述实验平台还包括铰链连接装置(15)和多个紧固组件(16)，且铰链连接装置(15)包括配合板(151)和两个铰链连接块(152)；两个铰链连接块(152)分别安装在滑槽一(31)与滑槽二(21)中，并分别在滑槽一(31)与滑槽二(21)中滑动；配合板(151)设置在连架杆(3)与连杆(2)之间，并通过多个紧固组件(16)连接两个铰链连接块(152)，并使连架杆(3)的一端转动安装在连杆(2)的另一端上。

4.根据权利要求1所述的一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括用于安装电致动杆(8)的加载装置(17)；加载装置(17)的纵剖面呈n形，且滑动于连杆(2)上，并通过紧固组件(16)限位在连杆(2)上。

5.根据权利要求1所述的一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其特征在于：所述实验平台还包括压线装置(18)，压线装置(18)包括台子(181)和滚子(182)；台子(181)呈U形，且台子(181)的相对两侧壁上分别开设平行的两个滑槽三(181a)；滚子(182)的转轴两端转动安装在两个滑槽三(181a)中，且滚子(182)具有供步进电机一(6)或步进电机二(7)的导线缠绕的环形槽(182a)。

6.根据权利要求1所述的一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其特征在于：机架(1)包括安装板(103)、竖放的四根支撑柱(101)、平放的多块固定板(102)；四根支撑柱(101)的同一端构成一个矩形的四个顶点；固定板(102)的两端分别固定在两根支撑柱(101)上；位于所述矩形同一侧的两根支撑柱(101)的顶端上分别固定两块固定板(102)的同一端，位于所述矩形同另一侧的两根支撑柱(101)的顶端上分别固定两块固定板(102)的同另一端；安装板(103)的两端分别安装在两块固定板(102)的相对侧上；步进电机一(6)、步进电机二(7)均安装在安装板(103)上。

7.根据权利要求6所述的一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其特征在于：安装板(103)的两端分别滑动安装在两块固定板(102)的相对侧上开设的凹槽内；机架(1)还包括多个角件(104)、四块橡胶垫(105)；角件(104)固定在支撑柱(101)与固定板(102)的连接处，四块橡胶垫(105)分别固定在四根支撑柱(101)的底端上。

8.根据权利要求1所述的一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其特征在于：所述电机控制系统还包括相互平行的多块限位板(9)、两根限位管(10)；限位板(9)固定在机架(1)上；限位管(10)的两端分别穿过多块限位板(9)，使限位管(10)转动安装在限位板(9)上；步进电机一(6)、步进电机二(7)的输出端分别插入并固定在两根限位管(10)内；输入杆(4)的另一端固定在一根限位管(10)远离步进电机一(6)的一端上；连架杆(3)的另一端固定在另一根限位管(10)远离步进电机二(7)的一端上。

9.一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的实验方法，其应用于如权利要求1至8中任意一项所述的电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台，其特征在于：所述实验方法包括：

(a)在电致动杆(8)的一端加一电压V₁，在电致动杆(8)的另一端加一电压V₂；

(b)使电压V₁与电压V₂均恒定，启动步进电机一(6)、步进电机二(7)并分别带动输入杆(4)、连架杆(3)相对连杆(2)转动，使电致动杆(8)的另一端产生一条运动轨迹O₁；

(c)使电压V₁与电压V₂变化，并在电致动杆(8)的两端之间产生使电致动杆(8)弯曲的电压降；启动步进电机一(6)、步进电机二(7)并分别带动输入杆(4)、连架杆(3)相对连杆(2)转动，使电致动杆(8)的另一端产生一条拟合轨迹O₂。

10.一种电致动材料平面四杆机构轨迹综合实验平台的实验方法，其应用于如权利要求2中所述的平面四杆机构轨迹综合实验平台，其特征在于：所述实验方法包括：

(a)通过距离传感器一(12)、距离传感器二(13)、距离传感器三(14)分别检测安装块(11)到所述三个墙面的距离x、y、z；将所述距离x、y、z对应三维坐标系中的一个点S(x，y，z)；

(b)使电压V₁与电压V₂均恒定，启动步进电机一(6)、步进电机二(7)并分别带动输入杆(4)、连架杆(3)相对连杆(2)转动，使电致动杆(8)的另一端带动安装块(11)运动，所述距离x、y、z随安装块(11)的运动而变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条运动轨迹O₁；

(c)使电压V₁与电压V₂变化，使电致动杆(8)弯曲变形，同时启动步进电机一(6)、步进电机二(7)，使电致动杆(8)的另一端带动安装块(11)运动，所述距离x、y、z随安装块(11)的运动而再次变化，使点S在三维坐标系中移动，并产生对应的一条拟合轨迹O₂。