CN110927483A - 一种发电地砖测试实验台及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电砖测试实验台及其测试方法。当前对发电地砖的性能测试还停留在人工试验的阶段。本发明一种发电地砖测试实验台，包括实验台外壳体、两轴移动装置、升降装置和行走机器人。所述的两轴移动装置包括第一滑块、第一滑杆、第二滑杆、第二滑块、中间滑动块、第一驱动组件和第二驱动组件。升降装置包括电动滑台和中间支撑板。中间支撑板位于中间滑动块的下方。行走机器人包括行走电机、中间壳体和单侧行走组件。本发明发电地砖测试实验台可以调节发电砖的纵向位置以及行走机器人在xy平面内的位置，可以使行走机器人均匀的踩踏压电发电砖，使检测数据更加精准可靠。本发明发电地砖测试实验台可以适应各种尺寸的发电地板砖。

Description

一种发电地砖测试实验台及其测试方法

技术领域

本发明属于发电砖实验测试技术领域，具体涉及一种发电地砖测试实验台及其测试方法。

背景技术

现如今，人们对能源的需求越来越大，许多研究都集中在能量收集这一领域。这些研究的主要目的是将浪费的能源进行回收并转化为有用的能量。生活中，人体行走时所产生的运动能量特别是足部反复踩地时人体及其负重所产生的机械能存在着巨大的利用潜力。因此，各类发电地砖被研发出来。但是，当前对发电地砖的性能测试还停留在人工试验的阶段。人工试验不但成本较高，且测试过程难以精准控制，测试结果波动较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发电地砖测试实验台及其测试方法。

本发明一种发电地砖测试实验台，包括实验台外壳体、两轴移动装置、升降装置和行走机器人。所述的两轴移动装置包括第一滑块、第二滑块、第一滑杆、第二滑杆、中间滑动块、第一驱动组件和第二驱动组件。两个第二滑块均与实验台外壳体的顶部构成第一滑动副。两个第一滑块均与实验台外壳体的顶部构成第二滑动副。两个第二滑块的相对侧面与第一滑杆的两端分别固定；两个第一滑块的相对侧面与第二滑杆的两端分别固定。中间滑动块与第一滑杆及第二滑杆均构成滑动副。两个第一滑块由第一驱动组件同步驱动。两个第二滑块由第二驱动组件同步驱动。

所述的升降装置包括电动滑台和中间支撑板。两个电动滑台分别安装在实验台外壳体的两侧。中间支撑板的两侧边缘与两个电动滑台内的升降滑块分别固定。中间支撑板位于中间滑动块的下方。

所述的行走机器人包括行走电机、中间壳体和单侧行走组件。中间壳体的顶部与中间滑动块的底面固定。两个单侧行走组件分别设置在中间壳体的左右两侧。单侧行走组件包括曲柄杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一摇杆、第二摇杆和踏板。第一摇杆、第二摇杆的内端均与中间壳体铰接，外端与第二连杆的两端分别铰接。中间壳体、第一摇杆、第二摇杆、第二连杆构成第一个平行四边形机构；第一连杆、第三连杆的中部与第二连杆的两端分别铰接。第一连杆、第三连杆的底端与踏板的顶部铰接。第一连杆、第二连杆、第三连杆、踏板构成第二个平行四边形机构；曲柄杆的内端与中间壳体铰接。踏板水平设置。踏板的底面上设置有弹性垫。两个单侧行走组件内的曲柄杆错开180°，且由行走电机同步驱动。

作为优选，所述的两轴移动装置还包括第一转轴和第二转轴。相互平行的两根第一转轴分别支承在实验台外壳体顶部的前后两侧。相互平行的两根第二转轴分别支承在实验台外壳体顶部的左右两侧。两根第一转轴与两根第二转轴在水平面上的投影合围呈一个矩形。两个第一滑块与两根第二转轴分别构成圆柱副。两个第二滑块与两根第一转轴分别构成圆柱副。

所述的第一驱动组件包括第一同步轮、第一同步带、第二同步轮、第二同步带和第一步进电机。四个第二同步轮与两根第一转轴的两端分别固定；两根第二同步带各自连接两个第二同步轮，使得两根第一转轴联动。两个第一滑块与两根第二同步带分别固定。第一步进电机固定在实验台外壳体上。两个第一同步轮与第一步进电机的输出轴、其中一根第一转轴分别固定。两个第一同步轮通过第一同步带连接。

所述的第二驱动组件包括第三同步轮、第三同步带、第四同步轮、第四同步带和第二步进电机。四个第四同步轮与两根第二转轴的两端分别固定；两根第四同步带各自连接两个第四同步轮，使得两根第二转轴联动。两个第二滑块与两根第四同步带分别固定。第二步进电机固定在实验台外壳体上。两个第三同步轮与第二步进电机的输出轴、其中一根第二转轴分别固定。两个第三同步轮通过第三同步带连接。

作为优选，所述的电动滑台包括滑架、升降滑块、第三步进电机和滚珠丝杠。滑架与实验台外壳体固定。升降滑块与滑架构成沿竖直方向滑动的滑动副。竖直设置滚珠丝杠支承在滑架上，且与升降滑块构成螺旋副。第三步进电机固定在滑架上，且输出轴与滚珠丝杠的一端固定。

作为优选，第二摇杆、曲柄杆与中间壳体同轴铰接；第二摇杆、第二连杆及第三连杆同轴铰接。第一摇杆、第二连杆及第一连杆同轴铰接。

作为优选，所述的行走机器人还包括从动轴和两个齿轮。两根曲柄杆的内端与从动轴的两端分别固定。相互啮合的两个齿轮与从动轴、行走电机的输出轴分别固定；行走电机固定在中间壳体内。

作为优选，所述的弹性垫采用空心的橡胶板。

作为优选，所述的弹性垫包括弹簧和底板。四个弹簧的顶端与踏板底面的四个角分别固定，底端与底板顶面的四个角分别固定。

该发电地砖测试实验台的测试方法具体如下：

步骤一、将被测发电地板砖放置在中间支撑板上。将被测发电地板砖的发电处输出接口连接到负载上，并在回路上串联电流传感器，在负载上并联电压传感器。两个电动滑台驱动中间支撑板升高至预设位置，使得行走机器人能够踩踏到被测发电地板砖。

步骤二、行走电机转动，驱动两个单侧行走组件内的踏板持续踩踏被测发电地板砖。

步骤三、两轴移动装置带动中间滑动块移动，使得行走机器人在被测发电地板砖的不同位置进行踩踏。

步骤四、根据电流传感器检测到的电流乘以电压传感器检测到的电压，获取被测发电地板砖发电功率；通过改变行走电机的转速来进行调节踩踏频率，获得被测发电地板砖与踩踏频率之间的关系。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明发电地砖测试实验台可以调节发电砖的纵向位置以及行走机器人在xy平面内的位置，可以使行走机器人均匀的踩踏压电发电砖，使检测数据更加精准可靠。

2、本发明发电地砖测试实验台可以适应各种尺寸的发电地板砖，不局限与单独一种发电地板砖。

3、本发明发电地砖测试实验台，可以调节踩踏频率，得到不同频率下对应的发电情况，同时也可以对发电砖的使用寿命等进行检测，检测功能较齐全。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中两轴移动装置的结构示意图；

图3是本发明中升降装置的结构示意图；

图4是本发明中行走机器人的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种发电地砖测试实验台，包括实验台外壳体1、两轴移动装置、升降装置和行走机器人。实验台外壳体1，用于承载安装其他装置，为整个实验台的外表。两轴移动装置，如图2所示，其固定在实验台外壳体1顶部，并且与行走机器人连接在一起，用于控制行走机器人可以在水平面(xy平面)内任意位置运动。

如图1和2所示，两轴移动装置包括轴承座、第一转轴5、第一滑块7、第二滑块12、第一滑杆25、第二滑杆24、第二转轴10、中间滑动块13、第一驱动组件和第二驱动组件。相互平行的两根第一转轴5分别通过轴承座支承在实验台外壳体1顶部的前后两侧。相互平行的两根第二转轴10分别通过轴承座支承在实验台外壳体1顶部的左右两侧。两根第一转轴5与两根第二转轴10在水平面上的投影合围呈一个矩形。

两个第二滑块12与两根第一转轴5分别构成圆柱副；两个第二滑块12的相对侧面与第一滑杆25的两端分别固定，由此使得第二滑块12能够沿y轴同步滑动。两个第一滑块7与两根第二转轴10分别构成圆柱副；两个第一滑块7的相对侧面与第二滑杆24的两端分别固定，由此使得第一滑块7能够沿x轴同步滑动。中间滑动块13与第一滑杆25及第二滑杆24均构成滑动副，这使得中间滑动块13能够在水平面内任意移动。

第一驱动组件包括第一同步轮、第一同步带4、第二同步轮、第二同步带6和第一步进电机3。四个第二同步轮与两根第一转轴5的两端分别固定；两根第二同步带6各自连接两个第二同步轮，使得两根第一转轴5联动。两个第一滑块7与两根第二同步带6分别固定。第一步进电机3固定在实验台外壳体1上。两个第一同步轮与第一步进电机3的输出轴、其中一根第一转轴5分别固定。两个第一同步轮通过第一同步带4连接。第一驱动组件用于驱动两个第一滑块7同步滑动。

第二驱动组件包括第三同步轮、第三同步带9、第四同步轮、第四同步带11和第二步进电机8。四个第四同步轮与两根第二转轴10的两端分别固定；两根第四同步带11各自连接两个第四同步轮，使得两根第二转轴10联动。两个第二滑块12与两根第四同步带11分别固定。第二步进电机8固定在实验台外壳体1上。两个第三同步轮与第二步进电机8的输出轴、其中一根第二转轴10分别固定。两个第三同步轮通过第三同步带9连接。第二驱动组件用于驱动两个第二滑块12同步滑动。由此，通过第一步进电机3和第二步进电机8的转动即可驱动中间滑动块13在水平面内任意移动。

如图1和3所示，升降装置包括电动滑台和中间支撑板21。两个电动滑台分别安装在实验台外壳体1的两侧。中间支撑板21的两侧边缘与两个电动滑台内的升降滑块20分别固定。中间支撑板21位于中间滑动块13的下方。电动滑台包括滑架23、升降滑块20、第三步进电机19、滚珠丝杠22和联轴器。滑架23与实验台外壳体1固定。升降滑块20与滑架23构成沿竖直方向滑动的滑动副。竖直设置滚珠丝杠22支承在滑架23上，且与升降滑块20构成螺旋副。第三步进电机19固定在滑架23上，且输出轴与滚珠丝杠22的一端通过联轴器固定。

如图1和4所示，行走机器人包括行走电机、中间壳体14和单侧行走组件。中间壳体14的顶部与中间滑动块13的底面固定。两个单侧行走组件分别设置在中间壳体14的左右两侧。单侧行走组件包括曲柄杆15、第一连杆16、第二连杆17、第三连杆26、第一摇杆18、第二摇杆27和踏板29。第二摇杆27的一端、曲柄杆15的内端与中间壳体14同轴铰接构成第一转动副；第一摇杆18的一端与中间壳体14铰接构成第二转动副；第二摇杆27的另一端、第二连杆17的一端及第三连杆26的中部同轴铰接，构成第三转动副。第一摇杆18的另一端、第二连杆17的另一端及第一连杆16的中部同轴铰接，构成第四转动副。第三连杆26的底端与踏板1的顶部构成第五转动副。第一连杆16的底端与踏板1的顶部构成第六转动副。第一连杆16的顶端与曲柄杆15的外端构成第七转动副。第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副的公共轴线形成平行四边形的四个顶点。第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副的公共轴线形成平行四边形的四个顶点。踏板29水平设置。踏板29的底面上设置有弹性垫28。弹性垫28采用空心的橡胶板。

当曲柄杆15转动时，踏板29的动作近似于人走路时的动作，从而实现对发电地砖的持续踩踏模拟。两个单侧行走组件内第一转动副的公共轴线重合；两个单侧行走组件内曲柄杆15沿第一转动副公共轴线的周向错开180°。因此，当一个单侧行走组件的踏板抬起时，另一个单侧行走组件的踏板踩下，从而更真实地模拟行走的过程，提高对发电地砖的检测精度。踏板29踩踏发电地砖时，弹性垫28能够发生变形，从而对发电地砖产生压力；同时，弹性垫28的变形能够补偿定位误差，避免刚性冲击。

行走电机通过齿轮组同步驱动两根曲柄杆15；具体为：两根曲柄杆15的内端与从动轴的两端分别固定。相互啮合的两个齿轮与从动轴、行走电机的输出轴分别固定；行走电机固定在中间壳体14内。

该发电地砖测试实验台的测试方法具体如下：

步骤一、将被测发电地板2砖放置在中间支撑板21上。将被测发电地板砖2的发电处输出接口连接到负载(电池或耗电元件)上，并在回路上串联电流传感器，在负载上并联电压传感器。两个电动滑台驱动中间支撑板21升高至预设位置，使得行走机器人能够踩踏到被测发电地板砖。

步骤二、行走电机转动，驱动两个单侧行走组件内的踏板29持续踩踏被测发电地板砖；踩踏的频率通过控制行走电机的转速来进行调节。

步骤三、两轴移动装置带动中间滑动块13移动，使得行走机器人均匀的踩踏被测发电地板砖的不同位置。

步骤四、根据电流传感器检测到的电流乘以电压传感器检测到的电压，获取被测发电地板砖发电功率；通过改变行走电机的转速来进行调节踩踏频率，获得被测发电地板砖与踩踏频率之间的关系。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：弹性垫28不采用空心的橡胶板。弹性垫28包括弹簧和底板。四个弹簧的顶端与踏板底面的四个角分别固定，底端与底板顶面的四个角分别固定。踏板29踩踏发电地砖时，弹性垫28能够发生变形，从而对发电地砖产生压力；同时，弹性垫28的变形能够补偿定位误差，避免刚性冲击。

Claims (8)

1.一种发电地砖测试实验台，包括实验台外壳体、两轴移动装置、升降装置和行走机器人；其特征在于：所述的两轴移动装置包括第一滑块、第二滑块、第一滑杆、第二滑杆、中间滑动块、第一驱动组件和第二驱动组件；两个第二滑块均与实验台外壳体的顶部构成第一滑动副；两个第一滑块均与实验台外壳体的顶部构成第二滑动副；两个第二滑块的相对侧面与第一滑杆的两端分别固定；两个第一滑块的相对侧面与第二滑杆的两端分别固定；中间滑动块与第一滑杆及第二滑杆均构成滑动副；两个第一滑块由第一驱动组件同步驱动；两个第二滑块由第二驱动组件同步驱动；

所述的升降装置包括电动滑台和中间支撑板；两个电动滑台分别安装在实验台外壳体的两侧；中间支撑板的两侧边缘与两个电动滑台内的升降滑块分别固定；中间支撑板位于中间滑动块的下方；

所述的行走机器人包括行走电机、中间壳体和单侧行走组件；中间壳体的顶部与中间滑动块的底面固定；两个单侧行走组件分别设置在中间壳体的左右两侧；单侧行走组件包括曲柄杆、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第一摇杆、第二摇杆和踏板；第一摇杆、第二摇杆的内端均与中间壳体铰接，外端与第二连杆的两端分别铰接；中间壳体、第一摇杆、第二摇杆、第二连杆构成第一个平行四边形机构；第一连杆、第三连杆的中部与第二连杆的两端分别铰接；第一连杆、第三连杆的底端与踏板的顶部铰接；第一连杆、第二连杆、第三连杆、踏板构成第二个平行四边形机构；曲柄杆的内端与中间壳体铰接；踏板水平设置；踏板的底面上设置有弹性垫；两个单侧行走组件内的曲柄杆错开180°，且由行走电机同步驱动。

2.根据权利要求1所述的一种发电地砖测试实验台，其特征在于：所述的两轴移动装置还包括第一转轴和第二转轴；相互平行的两根第一转轴分别支承在实验台外壳体顶部的前后两侧；相互平行的两根第二转轴分别支承在实验台外壳体顶部的左右两侧；两根第一转轴与两根第二转轴在水平面上的投影合围呈一个矩形；两个第一滑块与两根第二转轴分别构成圆柱副；两个第二滑块与两根第一转轴分别构成圆柱副；

所述的第一驱动组件包括第一同步轮、第一同步带、第二同步轮、第二同步带和第一步进电机；四个第二同步轮与两根第一转轴的两端分别固定；两根第二同步带各自连接两个第二同步轮，使得两根第一转轴联动；两个第一滑块与两根第二同步带分别固定；第一步进电机固定在实验台外壳体上；两个第一同步轮与第一步进电机的输出轴、其中一根第一转轴分别固定；两个第一同步轮通过第一同步带连接；

所述的第二驱动组件包括第三同步轮、第三同步带、第四同步轮、第四同步带和第二步进电机；四个第四同步轮与两根第二转轴的两端分别固定；两根第四同步带各自连接两个第四同步轮，使得两根第二转轴联动；两个第二滑块与两根第四同步带分别固定；第二步进电机固定在实验台外壳体上；两个第三同步轮与第二步进电机的输出轴、其中一根第二转轴分别固定；两个第三同步轮通过第三同步带连接。

3.根据权利要求1所述的一种发电地砖测试实验台，其特征在于：所述的电动滑台包括滑架、升降滑块、第三步进电机和滚珠丝杠；滑架与实验台外壳体固定；升降滑块与滑架构成沿竖直方向滑动的滑动副；竖直设置滚珠丝杠支承在滑架上，且与升降滑块构成螺旋副；第三步进电机固定在滑架上，且输出轴与滚珠丝杠的一端固定。

4.根据权利要求1所述的一种发电地砖测试实验台，其特征在于：第二摇杆、曲柄杆与中间壳体同轴铰接；第二摇杆、第二连杆及第三连杆同轴铰接；第一摇杆、第二连杆及第一连杆同轴铰接。

5.根据权利要求1所述的一种发电地砖测试实验台，其特征在于：所述的行走机器人还包括从动轴和两个齿轮；两根曲柄杆的内端与从动轴的两端分别固定；相互啮合的两个齿轮与从动轴、行走电机的输出轴分别固定；行走电机固定在中间壳体内。

6.根据权利要求1所述的一种发电地砖测试实验台，其特征在于：所述的弹性垫采用空心的橡胶板。

7.根据权利要求1所述的一种发电地砖测试实验台，其特征在于：所述的弹性垫包括弹簧和底板；四个弹簧的顶端与踏板底面的四个角分别固定，底端与底板顶面的四个角分别固定。

8.如权利要求1所述的一种发电地砖测试实验台的测试方法，其特征在于：步骤一、将被测发电地板砖放置在中间支撑板上；将被测发电地板砖的发电处输出接口连接到负载上，并在回路上串联电流传感器，在负载上并联电压传感器；两个电动滑台驱动中间支撑板升高至预设位置，使得行走机器人能够踩踏到被测发电地板砖；

步骤二、行走电机转动，驱动两个单侧行走组件内的踏板持续踩踏被测发电地板砖；

步骤三、两轴移动装置带动中间滑动块移动，使得行走机器人在被测发电地板砖的不同位置进行踩踏；

步骤四、根据电流传感器检测到的电流乘以电压传感器检测到的电压，获取被测发电地板砖发电功率；通过改变行走电机的转速来进行调节踩踏频率，获得被测发电地板砖与踩踏频率之间的关系。

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