CN113223401B - 一种太阳系八大行星动态模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳系八大行星动态模拟装置，包括：顶板；中心杆以及太阳模型，中心杆竖直插装在顶板下侧中央，太阳模型同轴插装在中心杆下端；八条行星公转导轨，行星公转导轨安装在顶板下侧，每条行星公转导轨均对应设置一个行星模型；控制系统；其中，每条行星公转导轨配置有：受控制系统控制的行星公转驱动单元，与行星公转导轨滚动配合并悬挂于行星公转导轨上；悬挂连接组件，其上侧连接行星公转驱动单元，其下侧连接行星模型；其中，至少一个行星模型配置有连接悬挂连接组件的、作为该行星模型自转中心的自转基准轴，以及驱动该行星模型自转的、受控制系统控制的行星自转驱动单元。以模拟太阳系八大行星的实时运行状态。

Description

一种太阳系八大行星动态模拟装置

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体来说，是一种太阳系八大行星动态模拟装置。

背景技术

人类很早就发明了日历和钟表，用来观察和记录我们赖以生存的地球每年、每天的运行规律。随着人类对太阳系的不断探索，加上自动控制技术、无线信号传输技术、光电转化技术和微型机械技术的发展，人们设想可以综合利用这些技术方案做出一套装置，用以模拟太阳系八大行星的实时运行状态。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳系八大行星动态模拟装置，以模拟太阳系八大行星的实时运行状态。

本发明的目的是这样实现的：一种太阳系八大行星动态模拟装置，包括：

顶板，其上侧固定设置，其下侧设为模型安装面；

中心杆以及太阳模型，所述中心杆竖直插装在顶板下侧中央，所述太阳模型同轴插装在中心杆下端；

八条大致为椭圆形的、高度不一、环绕太阳模型中心轴线的行星公转导轨，所述行星公转导轨安装在顶板下侧，每条行星公转导轨均对应设置一个行星模型；

基于无线控制的控制系统；

其中，每条行星公转导轨均自上而下地配置有：

受控制系统控制的行星公转驱动单元，与行星公转导轨滚动配合并悬挂于行星公转导轨上；

悬挂连接组件，其上侧连接行星公转驱动单元，其下侧连接行星模型；

其中，至少一个行星模型配置有连接悬挂连接组件的、作为该行星模型自转中心的自转基准轴，以及驱动该行星模型自转的、受控制系统控制的行星自转驱动单元。

进一步地，所述行星公转驱动单元至少包括：

移动悬挂座，所述移动悬挂座悬挂并活动连接行星公转导轨；

受控制系统控制的公转动力源组件，安装在移动悬挂座中；

滚动体，转动连接在移动悬挂座中；

其中，所述公转动力源组件与滚动体传动连接以驱使滚动体在行星公转导轨上滚动。

进一步地，所述悬挂连接组件包括：

连接筒，固定连接行星公转驱动单元；

竖直布置的中间连接杆，其上端转动设于连接筒内壁；

其中，配置自转基准轴的行星模型用于模拟地球，所述自转基准轴倾斜且倾斜角度等于黄赤夹角；

模拟地球的行星模型的中间连接杆杆身安装有一对左右对称的、异性相对的条形磁铁，所述顶板下侧安装有若干处于行星公转导轨外侧的加强磁铁，以形成与行星公转导轨近似平行的磁场，两个条形磁铁均与加强磁铁异性相对，并在公转过程中使中间连接杆进行适应性自转，让模拟地球的行星模型及其自转基准轴的朝向保持恒定的方向。

进一步地，所述悬挂连接组件还包括阻尼调节件和推力球轴承；

所述阻尼调节件上侧连接行星公转驱动单元，其下侧向下抵触设于中间连接杆上端的上端限位块；

所述中间连接杆的上端限位块通过推力球轴承安装于连接筒之内。

进一步地，至少有一个行星公转导轨分为：

远日段；

近日段，所述近日段与太阳模型的相对间距小于远日段与太阳模型的相对间距；

两个平衡段；

其中，两个平衡段对接远日段和近日段以形成完整的行星公转导轨，该行星公转导轨设有若干安装在顶板上的信号传感器，所述信号传感器对应该行星公转导轨的不同位置并感应行星公转驱动单元，以使该行星公转导轨的行星公转驱动单元的公转速度随位置的变化而变化。

进一步地，上述若干信号传感器包括低速信号传感器、中速信号传感器、高速信号传感器，依次对应低速信号传感器、中速信号传感器、高速信号传感器，行星公转驱动单元的公转速度等级由低到高；

所述中速信号传感器设有两个；

顺应公转的时针方向，一中速信号传感器、高速信号传感器、另一中速信号传感器、低速信号传感器依次正对远日段与一平衡段对接处、一平衡段与近日段对接处、近日段与另一平衡段对接处、另一平衡段与远日段对接处。

进一步地，所述滚动体的圆形滚动配合面套装有橡胶圈，所述行星公转导轨下表面设置为纹理面，所述纹理面上密布有若干条增大摩擦力的纹理，所述滚动体的橡胶圈向上抵触行星公转导轨之下的纹理面。

进一步地，所述行星公转导轨的断面结构为倒立的T形结构，所述移动悬挂座具有两个分别勾住并滚动配合行星公转导轨内外两侧边的挂钩部分，每个挂钩部分均设有作为其滚动支承的滚针。

进一步地，所述太阳模型内置有使其发亮以模拟太阳光的发光元件，所述公转动力源组件配置有公转光能电池组，所述公转光能电池组始终正对太阳模型并以发光元件发出的光芒进行发电。

进一步地，所述行星自转驱动单元包括：

驱动件安装座，固定安装在自转基准轴上；

受控制系统控制的自转步进电机，安装在驱动件安装座上；

自转驱动齿轮,套装在自转步进电机的输出主轴上；

与自转驱动齿轮啮合的从动齿圈，固定安装在对应的行星模型的内壁。

本发明的有益效果在于：

1、每个行星模型均自带有行星公转驱动单元，从而保障每个行星模型能够模拟现实中行星公转的状态，以各自的速度环绕太阳模型进行公转；

2、公转的可靠性能够得到保障，利用滚动体的橡胶圈与行星公转导轨的纹理面的滚动配合，来增强滚动体与行星公转导轨滚动配合的可靠性，保障公转的驱动力，并利用滚针作为移动悬挂座的滚动支承，减小公转过程中受到的阻力；

3、至少一个(可以是全部，也可以是其中一个或几个)行星模型可以具备自转能力，比如模拟地球的行星模型，利用自转驱动齿轮和从动齿圈的啮合来驱使行星模型自转，使得自转的稳定性能够得到保障；

4、至少一个(可以是全部，也可以是其中一个或几个)行星模型的公转速度可以得到分级控制，以更好地模拟真实的行星公转状态；

5、至少一个(可以是全部，也可以是其中一个或几个)行星模型的，比如模拟地球的行星模型，利用其条形磁铁与加强磁铁的磁力作用，驱使中间连接杆进行适应性自转，从而保持该行星模型及其自转基准轴的朝向方向恒定不变；

6、公转和自转的控制均由无线控制的方式进行，操作方便。

附图说明

图1是本发明的系统布置图。

图2是模拟地球的行星模型的总安装图。

图3是行星公转驱动单元的安装结构图。

图4是另一视角的行星公转驱动单元的安装结构图。

图5是悬挂连接组件的结构示意图。

图6是模拟地球的行星模型的内部结构示意图。

图7是所有行星公转导轨的布置示意图。

图8是模拟地球的行星模型的朝向保持方案原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-8和具体实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种太阳系八大行星动态模拟装置，包括：

顶板1，其上侧可以固定设置在屋顶或其他固定基础，其下侧设为模型安装面；

中心杆2以及太阳模型3，中心杆2竖直插装在顶板1下侧中央，太阳模型3同轴插装在中心杆2下端；

八条大致为椭圆形的、高度不一、环绕太阳模型3中心轴线的行星公转导轨7，行星公转导轨7安装在顶板1下侧，每条行星公转导轨7均对应设置一个行星模型13，每条行星公转导轨7与太阳模型3的相对高度尽可能地按照实际情况来设定；

基于无线控制的控制系统，控制系统包括行星控制器6和无线信号收发器5，在本实施例中，行星控制器6和无线信号收发器5均安装在太阳模型3内，可以考虑将行星控制器6和无线信号收发器5安装在顶板1上，或者独立设置，或者，行星控制器6和无线信号收发器5还可以结合设置为一个手持遥控器，或者利用手持遥控器与无线信号收发器5建立无线连接关系，给行星控制器6以控制信号。

其中，如图2所示，每条行星公转导轨7均自上而下地配置有：

受控制系统控制的行星公转驱动单元8，与行星公转导轨7滚动配合并悬挂于行星公转导轨7上；

悬挂连接组件，其上侧连接行星公转驱动单元8，其下侧连接行星模型13。

其中，如图6所示，模拟地球的行星模型13配置有连接悬挂连接组件的、作为该行星模型13自转中心的自转基准轴12，以及驱动该行星模型13自转的、受控制系统控制的行星自转驱动单元14，自转基准轴12倾斜且倾斜角度等于黄赤夹角。也可以考虑在其他行星模型13上设置自转基准轴12和行星自转驱动单元14。

如图8所示，针对模拟地球的行星模型13对应的行星公转导轨7，该行星公转导轨7与其他行星公转导轨7一样，分为：

远日段7b；

近日段7d，近日段7d与太阳模型3的相对间距小于远日段7b与太阳模型3的相对间距；

两个平衡段7c。

其中，两个平衡段7c对接远日段7b和近日段7d以形成完整的行星公转导轨7。

针对模拟地球的行星模型13对应的行星公转导轨7，该行星公转导轨7设有若干安装在顶板1上的信号传感器，信号传感器对应该行星公转导轨7的不同位置并感应行星公转驱动单元8，以使该行星公转导轨7的行星公转驱动单元8的公转速度随位置的变化而变化；上述若干信号传感器包括低速信号传感器19、中速信号传感器20、高速信号传感器21，中速信号传感器20设有两个，低速信号传感器19、中速信号传感器20、高速信号传感器21会将行星公转驱动单元8的位置信号传递给行星控制器6，然后行星控制器6根据收到的位置信号来控制行星公转驱动单元8，使其输出动力随公转位置的变化而变化，依次对应低速信号传感器19、中速信号传感器20、高速信号传感器21，行星公转驱动单元8的公转速度等级由低到高，在公转过程中，行星公转驱动单元8经过低速信号传感器19时处于相对低速的运动状态，在经过中速信号传感器20时速度会快一点，在经过高速信号传感器21时速度会达到最快的程度，从而尽可能地模拟真实状态下行星公转的状况。顺应公转的时针方向(顺时针和逆时针均可，都处于本发明的保护范围之内)，一中速信号传感器20、高速信号传感器21、另一中速信号传感器20、低速信号传感器19依次正对远日段7b与一平衡段7c对接处、一平衡段7c与近日段7d对接处、近日段7d与另一平衡段7c对接处、另一平衡段7c与远日段7b对接处。

如图2-4所示，上述行星公转驱动单元8包括：

移动悬挂座809，移动悬挂座809悬挂并活动连接行星公转导轨7；

受控制系统控制的公转动力源组件，安装在移动悬挂座809中；

滚动体808，转动连接在移动悬挂座809中。

其中，如图4所示，公转动力源组件与滚动体808传动连接以驱使滚动体808在行星公转导轨7上滚动，滚动体808的圆形滚动配合面套装有橡胶圈，行星公转导轨7下表面设置为纹理面7a，纹理面7a上密布有若干条增大摩擦力的纹理，滚动体808的橡胶圈向上抵触行星公转导轨7之下的纹理面7a。

如图3所示，上述行星公转导轨7的断面结构为倒立的T形结构，移动悬挂座809具有两个分别勾住并滚动配合行星公转导轨7内外两侧边的挂钩部分809a，每个挂钩部分809a均设有作为其滚动支承的滚针810，每个挂钩部分809a将其滚针810压在行星公转导轨7侧边的上部，从而降低移动悬挂座809与行星公转导轨7的相对摩擦阻力。

如图3-4所示，上述公转动力源组件包括公转无线信号接收模块802、公转电机驱动模块803、公转步进电机804、公转减速器805、蜗杆806、蜗轮807，其中，蜗轮807与滚动体808同轴设置，公转无线信号接收模块802收到控制系统的控制信号后，通过公转电机驱动模块803来启动公转步进电机804，公转步进电机804、公转减速器805、蜗杆806、蜗轮807依次传动配合，使得滚动体808和蜗轮807一同转动，从而使得滚动体808在行星公转导轨7上滚动，利用滚动体808的橡胶圈与行星公转导轨7的纹理面7a的相对摩擦力，产生公转运动。

如图4所示，上述公转动力源组件的电能来源之一还可以如此设置：太阳模型3内置有使其发亮以模拟太阳光的发光元件4(可以受行星控制器6控制)，公转动力源组件配置有公转光能电池组801，公转光能电池组801始终正对太阳模型3并以发光元件4发出的光芒进行发电。

如图5所示，上述悬挂连接组件包括：

连接筒15，固定连接行星公转驱动单元8中公转步进电机804下端的连接块；

竖直布置的中间连接杆9，其上端转动设于连接筒15内壁。

其中，针对模拟地球的行星模型13，其对应的悬挂连接组件还可以包括连接支板11，连接支板11倾斜设置，可以作为模拟地球的行星模型13的自转基准轴12的安装基础，以便在安装自转基准轴12时便可确定自转基准轴12的倾斜角度，使其倾斜角度等于黄赤夹角(如图6所示)。

结合图5、8所示，模拟地球的行星模型13的中间连接杆9杆身安装有一对左右对称的、异性相对的条形磁铁10，顶板1安装有两组加强磁铁18，每一组有两个，两组加强磁铁18分处顶板1下侧左右两位置，且处于最外侧行星公转导轨7的外侧，以形成在行星公转导轨7范围内与行星公转导轨7近似平行的磁场，与地球磁场方向同向，两个条形磁铁10分别与两组加强磁铁18异性相对，并且都是水平布置，受磁力作用驱使，条形磁铁10始终与加强磁铁18保持相互平行，那么公转过程中中间连接杆9就会进行适应性自转，从而让模拟地球的行星模型13及其自转基准轴12的朝向保持恒定的方向。

如图5所示，上述悬挂连接组件还包括阻尼调节件16和推力球轴承17，上述阻尼调节件16上侧连接行星公转驱动单元8，其下侧向下抵触设于中间连接杆9上端的上端限位块9a，上述中间连接杆9的上端限位块9a通过推力球轴承17安装于连接筒15之内，利用阻尼调节件16对上端限位块9a施加的压力压住推力球轴承17，使得安装结构更加稳定可靠，并利用阻尼调节件16的自身特性来起到缓解公转时产生的振动。

如图6所示，针对模拟地球的行星模型13(也可以考虑给其他行星模型13配置自转驱动机构)，行星自转驱动单元14包括：

驱动件安装座14a，固定安装在自转基准轴12上；

自转信号接收模块14b，安装在驱动件安装座14a上；

自转电机驱动模块14d，安装在驱动件安装座14a上；

自转步进电机14c，安装在驱动件安装座14a上；

自转驱动齿轮14e,套装在自转步进电机14c的输出主轴上；

与自转驱动齿轮14e啮合的从动齿圈14f，固定安装在对应的行星模型13的内壁，并与自转基准轴12同轴，在啮合时，自转驱动齿轮14e与从动齿圈14f的内齿面啮合；

自转轴承组14g，自转轴承组14g安装在行星模型13内部并套装自转基准轴12，自转基准轴12活动穿入行星模型13内部。

其中，在模拟地球的行星模型13自转时，自转信号接收模块14b收到控制系统的控制信号，通过自转电机驱动模块14d启动自转步进电机14c，利用自转驱动齿轮14e与从动齿圈14f的啮合，来驱使行星模型13围绕自转基准轴12进行自转。

以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳系八大行星动态模拟装置，其特征在于，包括：

顶板(1)，其上侧固定设置，其下侧设为模型安装面；

中心杆(2)以及太阳模型(3)，所述中心杆(2)竖直插装在顶板(1)下侧中央，所述太阳模型(3)同轴插装在中心杆(2)下端；

八条椭圆形的、环绕太阳模型(3)中心轴线的行星公转导轨(7)，所述行星公转导轨(7)安装在顶板(1)下侧，每条行星公转导轨(7)均对应设置一个行星模型(13)；

基于无线控制的控制系统；

其中，每条行星公转导轨(7)均自上而下地配置有：

受控制系统控制的行星公转驱动单元(8)，与行星公转导轨(7)滚动配合并悬挂于行星公转导轨(7)上；

悬挂连接组件，其上侧连接行星公转驱动单元(8)，其下侧连接行星模型(13)；

其中，一个用于模拟地球的行星模型(13)配置有连接悬挂连接组件的、作为该行星模型(13)自转中心的自转基准轴(12)，以及驱动该行星模型(13)自转的、受控制系统控制的行星自转驱动单元(14)；

所述悬挂连接组件包括：

连接筒(15)，固定连接行星公转驱动单元(8)；

竖直布置的中间连接杆(9)，其上端转动设于连接筒(15)内壁；

另外，模拟地球的行星模型(13)的中间连接杆(9)杆身安装有一对左右对称的、异性相对的条形磁铁(10)，所述顶板(1)下侧安装有若干处于行星公转导轨(7)外侧的加强磁铁(18)，以形成与行星公转导轨(7)平行的磁场，两个条形磁铁(10)均与加强磁铁(18)异性相对，并在公转过程中使中间连接杆(9)进行适应性自转，让模拟地球的行星模型(13)及其自转基准轴(12)的朝向保持恒定的方向；

所述行星自转驱动单元(14)包括：

驱动件安装座(14a)，固定安装在自转基准轴(12)上；

受控制系统控制的自转步进电机(14c)，安装在驱动件安装座(14a)上；

自转驱动齿轮(14e),套装在自转步进电机(14c)的输出主轴上；

与自转驱动齿轮(14e)啮合的从动齿圈(14f)，固定安装在对应的行星模型(13)的内壁。

2.根据权利要求1所述的一种太阳系八大行星动态模拟装置，其特征在于，所述行星公转驱动单元(8)包括：

移动悬挂座(809)，所述移动悬挂座(809)悬挂并活动连接行星公转导轨(7)；

受控制系统控制的公转动力源组件，安装在移动悬挂座(809)中；

滚动体(808)，转动连接在移动悬挂座(809)中；

其中，所述公转动力源组件与滚动体(808)传动连接以驱使滚动体(808)在行星公转导轨(7)上滚动。

3.根据权利要求1所述的一种太阳系八大行星动态模拟装置，其特征在于，所述自转基准轴(12)倾斜且倾斜角度等于黄赤夹角。

4.根据权利要求1所述的一种太阳系八大行星动态模拟装置，其特征在于，所述悬挂连接组件还包括阻尼调节件(16)和推力球轴承(17)；

所述阻尼调节件(16)上侧连接行星公转驱动单元(8)，其下侧向下抵触设于中间连接杆(9)上端的上端限位块(9a)；

所述中间连接杆(9)的上端限位块(9a)通过推力球轴承(17)安装于连接筒(15)之内。

5.根据权利要求1所述的一种太阳系八大行星动态模拟装置，其特征在于，至少有一个行星公转导轨(7)分为：

远日段(7b)；

近日段(7d)，所述近日段(7d)与太阳模型(3)的相对间距小于远日段(7b)与太阳模型(3)的相对间距；

两个平衡段(7c)；

其中，两个平衡段(7c)对接远日段(7b)和近日段(7d)以形成完整的行星公转导轨(7)，该行星公转导轨(7)设有若干安装在顶板(1)上的信号传感器，所述信号传感器对应该行星公转导轨(7)的不同位置并感应行星公转驱动单元(8)，以使该行星公转导轨(7)的行星公转驱动单元(8)的公转速度随位置的变化而变化。

6.根据权利要求5所述的一种太阳系八大行星动态模拟装置，其特征在于，上述若干信号传感器包括低速信号传感器(19)、中速信号传感器(20)、高速信号传感器(21)，依次对应低速信号传感器(19)、中速信号传感器(20)、高速信号传感器(21)，行星公转驱动单元(8)的公转速度等级由低到高；

所述中速信号传感器(20)设有两个；

顺应公转的时针方向，一中速信号传感器(20)、高速信号传感器(21)、另一中速信号传感器(20)、低速信号传感器(19)依次正对远日段(7b)与一平衡段(7c)对接处、一平衡段(7c)与近日段(7d)对接处、近日段(7d)与另一平衡段(7c)对接处、另一平衡段(7c)与远日段(7b)对接处。

7.根据权利要求2所述的一种太阳系八大行星动态模拟装置，其特征在于，所述滚动体(808)的圆形滚动配合面套装有橡胶圈，所述行星公转导轨(7)下表面设置为纹理面(7a)，所述纹理面(7a)上密布有若干条增大摩擦力的纹理，所述滚动体(808)的橡胶圈向上抵触行星公转导轨(7)之下的纹理面(7a)。

8.根据权利要求2或7所述的一种太阳系八大行星动态模拟装置，其特征在于，所述行星公转导轨(7)的断面结构为倒立的T形结构，所述移动悬挂座(809)具有两个分别勾住并滚动配合行星公转导轨(7)内外两侧边的挂钩部分(809a)，每个挂钩部分(809a)均设有作为其滚动支承的滚针(810)。

9.根据权利要求2所述的一种太阳系八大行星动态模拟装置，其特征在于，所述太阳模型(3)内置有使其发亮以模拟太阳光的发光元件(4)，所述公转动力源组件配置有公转光能电池组(801)，所述公转光能电池组(801)始终正对太阳模型(3)并以发光元件(4)发出的光芒进行发电。

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