CN212365284U - 一种模拟单摆运动的交互装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟单摆运动的交互装置，包括支撑架和固定于支撑架上的平台，平台上设置有至少一个摆杆，每个摆杆一侧设置有用于驱动摆杆转动的驱动机构，驱动机构固定设置于平台上，摆杆的摆动端设置有显示器，所述驱动机构包括伺服电机、与伺服电机输出端连接的第一齿轮，第一齿轮套接有转动轴，摆杆上开设有贯穿孔，转动轴穿过贯穿孔通过轴承座固定于平台上，转动轴作为摆杆转动的支点；各个摆杆在转动过程中由于位置交叉而出现的视觉较差，便于每个摆杆上的显示器内容在交叉位置处实现同步互动。

Description

一种模拟单摆运动的交互装置

技术领域

本实用新型涉及模拟单摆运动技术领域，尤其涉及一种模拟单摆运动的交互装置。

背景技术

目前多数大型单摆机械互动装置的执行机构多为电机驱动。但是在实际运行过程中由于电机的与摆臂之间的连接及电机的运动控制方式等问题，使得单摆运动过程中出现抖动不流畅现象、多个单摆之间速度控制不同步以及与媒体视频画面之间的互动不同步。本次所研究的模拟单摆运动的交互装置，解决了模拟装置的运行抖动不流畅问题，多个单摆之间不同步问题以及多个单摆运动状态与媒体视频播放之间不同步的问题

目前，在学习单摆运动、弹簧振子的简谐运动的过程中，缺乏相应的演示用教具，尤其是对于单摆运动，学生往往无法直观的理解其水平方向上做简谐运动，从而使得教学不理想，现有科技馆中用于演示单摆运动的装置往往是是单一的摆杆进行人工驱动摆动，摆动演示效果不理想。

实用新型内容

基于背景技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种模拟单摆运动的交互装置，能直观显示摆杆的摆动，提高了摆杆的演示效果。

本实用新型提出的一种模拟单摆运动的交互装置，包括支撑架和固定于支撑架上的平台，平台上设置有至少一个摆杆，每个摆杆一侧设置有用于驱动摆杆转动的驱动机构，驱动机构固定设置于平台上，摆杆的摆动端设置有显示器。

进一步地，所述驱动机构包括伺服电机、与伺服电机输出端连接的第一齿轮，第一齿轮套接有转动轴，摆杆上开设有贯穿孔，转动轴穿过贯穿孔通过轴承座固定于平台上，转动轴作为摆杆转动的支点。

进一步地，所述驱动机构还包括与伺服电机输出端连接的减速机、与减速机输出端连接的第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮啮合。

进一步地，所述驱动机构还包括设置于平台上的安装座，伺服电机、减速机均设置于安装座上。

进一步地，同一摆杆包括两个摆动端，每个摆动端均连接有显示器。

进一步地，当同一摆动端连接两个显示器时，两个显示器之间连接有连接杆。

进一步地，多个摆杆之间间隔、平行设置，多个摆杆的支点在同一水平面上。

进一步地，支撑架上还设置有控制箱，控制箱中设置有差分信号转换器、板卡和用于控制伺服电机转动的伺服驱动器，伺服驱动器通过差分信号转换器与板卡进行信号交换。

本实用新型提供的一种模拟单摆运动的交互装置的优点在于：本实用新型结构中提供的一种模拟单摆运动的交互装置，各个摆杆在转动过程中由于位置交叉而出现的视觉较差，便于每个摆杆上的显示器内容在交叉位置处实现同步互动，因此通过在每个显示器上显示衔接的流畅图像，在视觉上可以实现3D的流畅显示；第二齿轮与第一齿轮之间的啮合传动，使得伺服电机的输出能稳定传递到摆杆上，使得摆杆能稳定转动。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为摆杆与显示器的结构示意图；

图4为驱动机构与摆杆的结构示意图；

图5为伺服驱动器与差分信号转换器之间的连接关系图；

其中，1-支撑架，2-平台，3-摆杆，4-驱动机构，5-显示器，6-连接杆，31-贯穿孔，42-第一齿轮，43-转动轴，46-安装座。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

如图1至5所示，本实用新型提出的一种模拟单摆运动的交互装置，包括支撑架1和固定于支撑架1上的平台2，平台2上设置有至少一个摆杆3，每个摆杆3一侧设置有用于驱动摆杆3转动的驱动机构4，驱动机构4固定设置于平台2上。

驱动机构4驱动摆杆3进行摆动，实现摆动模拟演示，可以设置多个独立的摆杆3、同时配套设置驱动的驱动机构4，实现了多个摆杆3的独立转动，多个摆杆3之间间隔、平行设置，多个摆杆3的支点在同一水平面上。同时各个摆杆3在转动过程中由于位置交叉而出现的视觉较差，便于每个摆杆3上的显示器5内容在交叉位置处实现同步互动，因此通过在每个显示器5上显示衔接的流畅图像，在视觉上可以实现3D的流畅显示。

在本申请中，同一摆杆3包括两个摆动端，每个摆动端均连接有显示器5，当同一摆动端连接两个显示器5时，两个显示器5之间连接有连接杆6。摆杆3在摆动端设置由于固定显示器5的固定框架，当需要固定两个及以上显示器5时，相邻框架之间通过连接杆6固定连接，连接杆6与摆杆3在同一直线上，使得连接杆6随摆杆3的转动而转动，进而实现多个显示器5的转动。在本申请中，在摆杆3的一端设置一个显示器5、另一端设置两个显示器5。同时设置三个平行设置的摆杆3一起转动，实现九个显示器5的交替转动显示。

进一步地，所述驱动机构4包括伺服电机、与伺服电机输出端连接的第一齿轮42，第一齿轮42套接有转动轴43，摆杆3上开设有贯穿孔31，转动轴43穿过贯穿孔31通过轴承座固定于平台2上，转动轴43作为摆杆3转动的支点。所述驱动机构4还包括与伺服电机输出端连接的减速机、与减速机输出端连接的第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮42啮合。转动轴43与第一齿轮42通过键连接的方式进行固定连接。第一齿轮42采用大齿轮，第二齿轮采用小齿轮，大、小齿轮之间的啮合传动，使得伺服电机的输出能稳定传递到摆杆3上，使得摆杆3能稳定转动。

为了调整大、小齿轮之间啮合稳定性，所述驱动机构4还包括设置于平台2上的安装座46，伺服电机、减速机均设置于安装座46上。安装座46与平台2之间通过螺栓连接，通过调整螺栓，使得安装座46上的伺服电机和减速机实现位置调整，进而使得与减速机连接的第二齿轮实现位置调整，以调整第二齿轮与第一齿轮42之间啮合，实现两个齿轮之间的啮合稳定性。

通过减速机将伺服电机输出的转速进行降速，并通过第二齿轮将转速动力传送到第一齿轮42上，进而使得与第一齿轮42固定连接的转动轴43实现转动，进而带动与转动轴43固定连接的摆杆3转动，实现摆杆3的摆动模拟演示。

在本申请中，支撑架1上还设置有控制箱，控制箱中设置有差分信号转换器、板卡和用于控制伺服电机转动的伺服驱动器，伺服驱动器通过差分信号转换器与板卡进行信号交换。伺服驱动器与伺服电机之间形成一个闭环控制，伺服驱动器通过差分信号转换器与板卡之间形成一个闭环控制。

伺服驱动器的U、V、W等引脚分别与伺服电机的输入端连接，伺服电机的输出端与伺服电机的输入端连接；伺服驱动器向伺服电机发出驱动伺服电机转动的信号，伺服电机将马达运转脉冲反馈到伺服驱动器上，实现了伺服驱动器与伺服电机之间的闭环控制。

伺服驱动器的21引脚与差分信号转换器的A+引脚连接，伺服驱动器的22引脚与差分信号转换器的A-引脚连接，伺服驱动器的48引脚与差分信号转换器的B+引脚连接，伺服驱动器的49引脚与差分信号转换器的B-引脚连接，伺服驱动器的23引脚与差分信号转换器的Z+引脚连接，伺服驱动器的24引脚与差分信号转换器的Z-引脚连接，差分信号转换器的输出端与板卡的输入端连接，板卡的输出端与伺服驱动器的24的输入端连接，实现了伺服驱动器通过差分信号转换器与板卡之间的闭环控制。

以上两个闭环控制的设置，提高了整个控制的抗干扰能力，防止了板卡因受干扰而引起的误动作。

工作过程：伺服驱动器控制伺服电机工作，通过减速机将动能传递到第二齿轮上，进而通过啮合传动，使得第一齿轮42转动，带动转动轴43转动，进而实现与转动轴43固定连接的摆杆3实现转动，设置于摆杆3两端的显示器5交替转动，通过显示器5上显示画面的不同，实现多个显示器的交替互动，最终可以直观实现单摆的交互；解决了传统模拟装置的运行抖动不流畅、多个摆杆之间不同步、以及多个摆杆运动状态与媒体视频播放之间不同步的问题。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟单摆运动的交互装置，包括支撑架(1)和固定于支撑架(1)上的平台(2)，其特征在于，平台(2)上设置有至少一个摆杆(3)，每个摆杆(3)一侧设置有用于驱动摆杆(3)转动的驱动机构(4)，驱动机构(4)固定设置于平台(2)上，摆杆(3)的摆动端设置有显示器(5)。

2.根据权利要求1所述的模拟单摆运动的交互装置，其特征在于，所述驱动机构(4)包括伺服电机、与伺服电机输出端连接的第一齿轮(42)，第一齿轮(42)套接有转动轴(43)，摆杆(3)上开设有贯穿孔(31)，转动轴(43)穿过贯穿孔(31)通过轴承座固定于平台(2)上，转动轴(43)作为摆杆(3)转动的支点。

3.根据权利要求2所述的模拟单摆运动的交互装置，其特征在于，所述驱动机构(4)还包括与伺服电机输出端连接的减速机、与减速机输出端连接的第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮(42)啮合。

4.根据权利要求3所述的模拟单摆运动的交互装置，其特征在于，所述驱动机构(4)还包括设置于平台(2)上的安装座(46)，伺服电机、减速机均设置于安装座(46)上。

5.根据权利要求1-4任一所述的模拟单摆运动的交互装置，其特征在于，同一摆杆(3)包括两个摆动端，每个摆动端均连接有显示器(5)。

6.根据权利要求5所述的模拟单摆运动的交互装置，其特征在于，当同一摆动端连接两个显示器(5)时，两个显示器(5)之间连接有连接杆(6)。

7.根据权利要求1-4任一所述的模拟单摆运动的交互装置，其特征在于，多个摆杆(3)之间间隔、平行设置，多个摆杆(3)的支点在同一水平面上。

8.根据权利要求2所述的模拟单摆运动的交互装置，其特征在于，支撑架(1)上还设置有控制箱，控制箱中设置有差分信号转换器、板卡和用于控制伺服电机转动的伺服驱动器，伺服驱动器通过差分信号转换器与板卡进行信号交换。

Images