CN114128995A - 一种人为操作控制器的自动旋转书架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人为操作控制器的自动旋转书架，包括机架、传动装置、控制装置、摩擦装置、减震装置和书篮，所述传动装置为以步进电机为输入的带轮机构和链轮机构，所述带轮机构以及主动带轮安装在步进电机上，从动带轮安装在机架上方主动链轮上。该人为操作控制器的自动旋转书架，以步进电机驱动带轮机构工作，从动带轮驱动主动链轮工作，链轮带动固定在链条上的书篮运动，使书篮在空间垂直位置发生变化；所有机构动作都可由步进电机运动进行控制，人任意控制书架上任一书篮的空间位置；此发明解决了一类特殊人群取阅书架高处书籍的问题，可以独立完成书籍取阅，给生活带来了极大的便利。

Description

一种人为操作控制器的自动旋转书架
技术领域
本发明涉及书架，具体为一种人为操作控制器的自动旋转书架。
背景技术
书架是一种生活必需品，随着社会的进步和发展，各式各样的书架不断涌现，其功能也愈发具有针对性，给人们的生活带来了很大的便利。
虽然现在市面上的书架已经可以满足绝大多数图书馆和家庭的使用要求，但是我们周围依然存在这样一类人群，他们因各种原因造成无法站立、身材矮小，导致他们没有办法自己独立取阅读书架高处的书籍。针对这种情况，市面上也没有针对他们这类人群可使用的自动旋转书架。
如果能够生产一种自动旋转的书架，那么上述人群就可以独立完成自己取阅书架高处书籍，此书架势必受到他们的欢迎。
针对上述问题，急需在原有书架结构的基础上进行创新设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人为操作控制器的自动旋转书架，以解决上述背景技术中提出的因各种原因造成无法站立、身材矮小，导致他们没有办法自己独立取阅读书架高处的书籍。针对这种情况，市面上也没有针对他们这类人群可使用的自动旋转书架的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种人为操作控制器的自动旋转书架，包括机架、传动装置、控制装置、摩擦装置、减震装置和书篮，其特征在于：所述传动装置为以步进电机为输入的带轮机构和链轮机构，所述带轮机构以及主动带轮机构安装在步进电机上，从动带轮安装在机架上方主动链轮上，其外侧嵌套对接有皮带，所述从动链轮安装固定在机架上的第一主轴、第二主轴上，并配合主轴固定器进行安装，且书篮的下端安装有底板，从动带轮通过螺栓固定在主动链轮上，从而带动从动带轮转动，带动主动链轮转动，从而主动链轮带动链条、从动链轮做回转运动；
所述控制装置为驱动步进电机旋转的电路和发出信号的控制器，所述摩擦装置安装于机架上方第一主轴上端；
所述减震装置安装于机架下方第二主轴上端；
所述书篮安装在第一链节上，所述书篮的上端安装有书篮固定杆，第一链节带动书篮做回转运动，链条带动书篮做回转运动，从而使书篮在空间垂直位置发生变化。
所述的一种人为操作控制器的自动旋转书架，构建书架传动系统的数学模型，求解该系统的传递函数，其步骤为：
步骤一：画出书架传动过程的动力学模型，如图6。
步骤二：构建书架传动系统电机输入转角θi与链轮输出转角θo数学模型。
根据转矩平衡得到关系式：
Figure RE-GDA0003486754950000021
Figure RE-GDA0003486754950000022
Figure RE-GDA0003486754950000023
令：
Figure RE-GDA0003486754950000031
Figure RE-GDA0003486754950000032
Figure RE-GDA0003486754950000033
得：
Figure RE-GDA0003486754950000034
步骤三：求解该系统的传递函数。
Figure RE-GDA0003486754950000035
式中：r1：主动带轮半径
r2：从动带轮半径，K12：带轮传动效率，K34：链轮传动效率，Jm：原动机转动惯量，M4：从动链轮转矩，J1：带轮转动惯量，J2：链轮转动惯量，f1 f2：黏性摩擦系数。
优选的，所述步进电机作为输入带动带轮机构、链轮机构工作，链条由第一链节和第二链节组合连接，分别安装在主动链轮、从动链轮之间，主从动链轮带动链条做回转运动。
优选的，所述书架安装在第一链节上，链条带动书篮做回转运动，使放置在书篮中的书在上下空间的位置发生变化，从而能取阅书架高处书籍。
优选的，所述摩擦装置安装于机架上方第一主轴两侧末端，第一摩擦盘通过螺栓安装固定在主动链轮上，第二摩擦盘通过螺栓安装固定在第一主轴末端，通过压紧螺母、弹簧来调节第一摩擦盘和第二摩擦盘间的摩擦力大小，从而使链轮在无动力输入时保持禁止状态。
优选的，所述减震装置安装在机架下方第一主轴两侧末端，通过压紧螺母、弹簧调节机架上下第一主轴和第二主轴间的轴间距离，并链条保持绷紧状态，防止因为书篮自重导致链条弯曲。
优选的，所述步进电机驱动电路中，控制信号传到定时器，定时器产生时钟脉冲信号传到十进制计数器，再由十进制计数器对步进电机的各相分配该脉冲信号，从而控制步进电机转动圈数及转动方向。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
该人为操作控制器的自动旋转书架，以步进电机驱动带轮机构工作，从动带轮驱动主动链轮工作，链轮带动固定在链条上的书篮运动，书篮在空间垂直位置发生变化；所有机构动作都可由步进电机运动进行控制，人可以任意控制书架上任一书篮的空间位置；最为重要的是，此发明解决了一类特殊人群取阅书架高处书籍的问题，他们可以自己独立完成书籍取阅，给他们的生活带来了极大的便利。
附图说明
图1为本发明正视结构示意图；
图2为本发明左视结构示意图；
图3为本发明立体结构示意图；
图4为本发明步进电机驱动流程结构示意图；
图5是本发明具体实施方式的自动控制的工作原理图；
图6是本发明图动力学模型结构示意图。
图中：1、弹簧；2、压紧螺母；3、主轴固定器；4、书篮固定杆；5、书篮； 6、第一主轴；7、第一摩擦盘；8、第二摩擦盘；9、皮带；10、步进电机；11、电机安装底座；12、减震装置；13、第二主轴；14、机架；15、底板；16、主动链轮；17、从动带轮；18、第二链节；19、第一链节；20、主动带轮；21、从动链轮；555、定时器；4017、十进制计数器；R1、R2、R3、R4、R5、R6、电阻；C1、C2、C3、C4、C5、C6、电容；VT1、VT2、VT3、VT4、晶体管；Vm、步进电机输入电压。
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。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种人为操作控制器的自动旋转书架，包括弹簧1、压紧螺母2、主轴固定器3、书篮固定杆4、书篮5、第一主轴6、第一摩擦盘7、第二摩擦盘8、皮带9、步进电机10、电机安装底座11、减震装置12、第二主轴13、机架14、底板15、主动链轮16、从动带轮17、第二链节18、第一链节19、主动带轮20和从动链轮21。
传动装置为以步进电机10为输入的带轮机构和链轮机构，带轮机构以及主动带轮20机构安装在步进电机10上，从动带轮17安装在机架14上方主动链轮16上，其外侧嵌套对接有皮带9，从动链轮21安装固定在机架14上的第一主轴6、第二主轴13上，并配合主轴固定器3进行安装，且书篮5的下端安装有底板15；控制装置为驱动步进电机10旋转的电路和发出信号的控制器，摩擦装置安装于机架14上方第一主轴6上端；减震装置12安装于机架14下方第二主轴13上端；书篮5安装在第一链节19上，第一链节19带动书篮5做回转运动。
传动装置为以步进电动机为输入的带轮机构、链轮机构，控制装置为控制步进电机10旋转的驱动电路和发出信号的控制器，摩擦装置安装于机架14上方第一主轴6两侧，减震装置12安装于机架14下方第二主轴13两侧，步进电机10通过电机安装底座11安装在机架14中间部位、主动带轮20安装在步进电机10上、从动带轮17通过螺栓固定在主动链轮16上、主动链轮16安装在机架14上方第一主轴6上、从动链轮21安装在机架14下方第二主轴13上，书篮5安装在第一链节19上，链条带动书篮5做回转运动，从而使书篮5在空间垂直位置发生变化。
步进电机10作为输入带动带轮机构、链轮机构工作，链条由第一链节19 和第二链节18组合连接，分别安装在主动链轮16、从动链轮21之间，主动链轮16和从动链轮21带动链条做回转运动。
书架安装在第一链节19上，书篮5的上端安装有书篮固定杆4，链条带动书篮5做回转运动，使放置在书篮5中的书在上下空间的位置发生变化，从而能取阅书架高处书籍。
摩擦装置安装于机架14上方第一主轴6两侧末端，第一摩擦盘7通过螺栓安装固定在主动链轮16上，第二摩擦盘8通过螺栓安装固定在第一主轴6末端，通过压紧螺母2、弹簧1来调节第一摩擦盘7和第二摩擦盘8间的摩擦力大小，从而使链轮在无动力输入时保持禁止状态。
减震装置12安装在机架14下方第一主轴6两侧末端，通过压紧螺母2、弹簧1调节机架14上第一主轴6和第二主轴13间的轴间距离，并链条保持绷紧状态，防止因为书篮5自重导致链条弯曲。
步进电机10驱动电路中，控制信号传到定时器555，定时器555产生时钟脉冲信号传到十进制计数器4017，再由十进制计数器4017对步进电机10的各相分配该脉冲信号，从而控制步进电机10转动圈数及转动方向。
读者将需要取阅的目标书籍信息输入控制器，将需要取阅的目标书籍信息输入控制器，控制器根据程序设置分析要取阅的目标书籍在哪个书篮5中以及该目标书篮5的位置，控制器将该信息以电信号传至驱动电路中的定时器555，定时器555将控制信号转化为时钟脉冲信号传到十进制计数器4017，再由十进制计数器4017对步进电机10的各相分配该脉冲信号，从而控制步进电机10转动，步进电机10带动带轮机构、链轮机构转动，链条转动使得书篮5空间垂直位置发生变化，直至目标书篮5转动至读者能取阅目标书籍高度，然后步进电机10停止转动，读者取阅目标书籍。
如图4所示，本发明的步进电机10的驱动电路图的工作原理为：读者将需要取阅的目标书籍信息输入控制器，控制器根据程序设置分析要取阅的目标书籍在哪个书篮5中以及该目标书篮5的位置，控制器将该信息以电信号传至驱动电路中的定时器555，定时器555将控制信号转化为时钟脉冲信号传到十进制计数器4017，再由十进制计数器4017对步进电机10的各相分配该脉冲信号，从而控制步进电机10旋转圈数及旋转方向。
工作原理：在使用该人为操作控制器的自动旋转书架时，根据图1-4，首先将该装置放置在需要进行工作的位置，将需要取阅的目标书籍信息输入控制器，控制器根据程序设置分析要取阅的目标书籍在哪个书篮5中以及该目标书篮5 的位置，控制器将该信息以电信号传至驱动电路中的定时器555，定时器555将控制信号转化为时钟脉冲信号传到十进制计数器4017，再由十进制计数器4017 对步进电机10的各相分配该脉冲信号，从而控制步进电机10转动，步进电机 10带动带轮机构、链轮机构转动，链条转动使得书篮5空间垂直位置发生变化，直至目标书篮5转动至读者能取阅目标书籍高度，然后步进电机10停止转动，读者取阅目标书籍，增加了整体的实用性。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
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 (6)

1.一种人为操作控制器的自动旋转书架，包括机架(14)、传动装置、控制装置、摩擦装置、减震装置(12)和书篮(5)，其特征在于：所述传动装置为以步进电机(10)为输入的带轮机构和链轮机构，所述带轮机构以及主动带轮(20)机构安装在步进电机(10)上，从动带轮(17)安装在机架(14)上方主动链轮(16)上，其外侧嵌套对接有皮带(9)，所述从动链轮(21)安装固定在机架(14)上的第一主轴(6)、第二主轴(13)上，并配合主轴固定器(3)进行安装，且书篮(5)的下端安装有底板(15)；
所述控制装置为驱动步进电机(10)旋转的电路和发出信号的控制器，所述摩擦装置安装于机架(14)上方第一主轴(6)上端；
所述减震装置(12)安装于机架(14)下方第二主轴(13)上端；
所述书篮(5)安装在第一链节(19)上，所述书篮(5)的上端安装有书篮固定杆(4)，第一链节(19)带动书篮(5)做回转运动。
2.根据权利要求1所述的一种人为操作控制器的自动旋转书架，其特征在于：所述步进电机(10)作为输入带动带轮机构、链轮机构工作，链条由第一链节(19)和第二链节(18)组合连接，分别安装在主动链轮(16)、从动链轮(21)之间，主从动链轮带动链条做回转运动。
3.根据权利要求1所述的一种人为操作控制器的自动旋转书架，其特征在于：所述书架安装在第一链节(19)上，链条带动书篮(5)做回转运动，使放置在书篮(5)中的书在上下空间的位置发生变化，从而能取阅书架高处书籍。
4.根据权利要求1所述的一种人为操作控制器的自动旋转书架，其特征在于：所述摩擦装置安装于机架上方第一主轴(6)两侧末端，第一摩擦盘(7)通过螺栓安装固定在主动链轮(16)上，第二摩擦盘(8)通过螺栓安装固定在第一主轴(6)末端，通过压紧螺母(2)、弹簧(1)来调节第一摩擦盘(7)和第二摩擦盘(8)间的摩擦力大小，从而使链轮在无动力输入时保持禁止状态。
5.根据权利要求1所述的一种人为操作控制器的自动旋转书架，其特征在于：所述减震装置(12)安装在机架(14)下方第一主轴(6)两侧末端，通过压紧螺母(2)、弹簧(1)调节机架上下第一主轴(6)和第二主轴(13)间的轴间距离，并链条保持绷紧状态，防止因为书篮(5)自重导致链条弯曲。
6.根据权利要求1所述的一种人为操作控制器的自动旋转书架，其特征在于：所述步进电机(10)驱动电路中，读者在控制器端输入目标书籍，控制器自动分析目标书籍所在的书篮以及书篮此刻位置信息，控制器将目标书籍所在的书篮位置信息转化成步进电机需要转动圈数及转动方向的数字信号，然后将数字信号传到D/A转换器。
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