CN219463463U

CN219463463U - 一种多自由度小型实验工作台

Info

Publication number: CN219463463U
Application number: CN202222493263.3U
Authority: CN
Inventors: 竺威; 钱丽娟; 黄聪
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2022-09-19
Filing date: 2022-09-19
Publication date: 2023-08-04
Anticipated expiration: 2032-09-19

Abstract

本实用新型公开了一种多自由度小型实验工作台，包括：上下升降机构、角度调节机构和水平移动机构。所述上下升降机构可沿Z轴方向自由移动，其中包含初始状态为压缩的弹簧，用于辅助齿轮齿条向上移动，提高齿轮齿条的承载能力。所述角度调节机构可沿X轴左右转动，调节范围为(‑60°至60°)。所述上下升降机构、角度调节机构和水平移动机构均采用丝杆传动，可精确调节工作台位置。此外，本实用新型具有工作范围大，操作简便，实用性强等优点，可实现工作台的垂直升降、倾斜、前后及左右移动，针对中小学生，既能保证工作台安全性，又能提高动手能力。

Description

一种多自由度小型实验工作台

技术领域

本实用新型涉及一种多自由度小型实验工作台设计。

背景技术

为提高学生的实验动手能力，大多数学校均会配备专门的小型实验工作台，一个安全、可靠、高精度以及多自由度的小型实验工作台对学生的安全、实验的可操作性以及实验的结果起着至关重要的作用。

现有的小型实验工作台多为固定结构或全自动XYZ水平移动结构。对中小学生而言，固定结构虽然安全系数高，但无法进行位置移动，应用范围狭窄。全自动XYZ水平移动结构虽能快速对工作台进行调整，但不利于提高学生的实验动手能力。此外，XYZ轴水平移动结构无法对工作台进行角度调节，例如，中小学生的斜面小车实验便要求工作台处于倾斜状态，甚至要求倾斜角度匀速变化。为解决此类问题并保证工作台的安全性，设计一种多自由度的半自动化小型实验工作台十分有必要。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提供了一种结构相对简单，并且具有多个自由度的小型实验工作台，可以实现XYZ三个方向上的移动以及工作台的角度调节。工作台I(1-9)升降以及工作台II(2-3)左端角度调节由步进电机带动，XY水平移动和工作台II(2-3)右端的角度调节可手动操作，实现半自动化控制，在提高安全性能的同时锻炼了中小学生的实验动手能力。

本实用新型所采用的技术方案是：

上下升降机构(1)、角度调节机构(2)、水平移动机构(3)、底板以及辅助固定组件；所述上下升降机构(1)包括齿轮齿条组件(1-1)、右侧转轴I(1-2)、右侧转轴II(1-3)、步进电机I(1-4)、左侧转轴(1-5)、弹簧(1-6)、伸缩杆(1-7)、链轮链条组件(1-8)以及工作台I(1-9)；步进电机I(1-4)带动左侧转轴(1-5)旋转，而右侧转轴II(1-3)通过链轮链条组件(1-8)与左侧转轴(1-5)连接；两侧的齿轮齿条组件(1-1)共同控制工作台I(1-9)的上下移动；底部的伸缩杆(1-7)用于限制工作台I(1-9)的移动范围；底部弹簧(1-6)初始为压缩状态，在步进电机I(1-4)带动齿轮齿条组件(1-1)向上运动的过程中，为工作台I(1-9)提供支撑力；所述角度调节机构(2)包括步进电机II(2-1)、增高块(2-2)、工作台II(2-3)、角度调节板(2-4)、丝杆组件I(2-5)、连接板(2-6)以及同步带轮组件(2-7)；丝杆组件I(2-5)控制增高块(2-2)左右移动，调节连接板(2-6)角度，进而控制工作台II(2-3)左端的倾斜程度，而工作台II(2-3)右端倾斜程度由角度调节板(2-4)控制，用销钉进行连接固定；所述水平移动机构(3)包括滑轨(3-1)、丝杆组件II(3-2)、工作台III(3-3)、丝杆组件III(3-4)装夹物(3-5)以及工作台IV(3-6)；丝杆组件III(3-4)用于控制工作台III(3-3)进行前后移动，丝杆组件II(3-2)用于控制工作台IV(3-6)进行左右移动；所述辅助固定组件包括：限制装夹物(3-5)滑动的固定块(4-1)、固定齿条的三角支架(4-2)、固定丝杆组件的丝杆组件轴承座(4-3)、固定转轴的转轴轴承座(4-4)以及用于连接的销钉。

进一步地，所述上下升降机构(1)中弹簧(1-6)和伸缩杆(1-7)置于工作台I(1-9)下方，左侧的转轴(1-5)通过轴承座固定在箱体内侧，齿轮齿条组件(1-1)安装在右侧转轴I(1-2)、右侧转轴II(1-3)和左侧转轴(1-5)上；右侧转轴II(1-3)和左侧转轴(1-5)通过链轮链条组件(1-8)传动。右侧转轴I(1-2)和右侧转轴II(1-3)上为外啮合齿轮。

进一步地，所述升降机构(1)中的工作台I(1-9)通过步进电机I(1-4)转动带动四周齿轮齿条组件(1-1)上下移动，此外，通过步进电机I(1-4)的自锁性能，工作距离可调。

进一步地，所述升降机构(1)上升过程较比于下降过程中，齿轮齿条组件(1-1)所受的力会大大增加，而底部压缩弹簧(1-6)在工作台I(1-9)向上运动过程中提供一定支撑力。

进一步地，所述升降机构(1)的右侧转轴II(1-3)和左侧转轴(1-5)通过链轮链条组件(1-8)同步转动，配合齿轮外啮合达到工作台I(1-9)左右两侧同步提升。

进一步地，所述角度调节机构(2)增高块(2-2)在丝杆组件I(2-5)上方并与连接板(2-6)相连，用于支撑连接板(2-6)；工作台II(2-3)左端与连接板(2-6)相连，工作台II(2-3)右端通过销钉与角度调节板(2-4)配合。

进一步地，所述角度调节机构(2)中的丝杆组件I(2-5)与同步带轮组件(2-7)连接，由步进电机II(2-1)带动，解决处于内部丝杆组件I(2-5)的操作不便的问题。

进一步地，所述角度调节机构(2)中工作台II(2-3)左端角度调节通过丝杆上的增高块(2-2)移动控制，工作台II(2-3)右侧倾斜程度由角度调节板(2-4)上的孔控制，通过销钉连接，角度调节范围在(-60°至60°)。

进一步地，所述水平移动机构(3)中工作台III(3-3)在滑轨(3-1)上方，通过丝杆组件III(3-4)实现前后移动，工作台IV(3-6)在丝杆组件II(3-2)上方，装夹物(3-5)装夹在工作台IV(3-6)上。

进一步地，所述水平移动机构(3)中的固定块(4-1)内部打有螺丝孔，可通过六角螺栓的旋拧固定不同大小的装夹物(3-5)

本实用新型的有益效果在于：

1：较重部分的工作台I(1-9)的升降部分以及工作台II(2-3)左端的角度调节由步进电机控制，并带有自锁功能，工作台II(2-3)右端的角度调节可手动操作，既提高了工作台安全性能又能锻炼中小学生的实验动手能力。

2：底部压缩弹簧在工作台上升过程中提供支撑力，极大的降低了齿轮齿条的硬度要求，降低了成本。

3:本实用新型包含大量基础的机械传动结构，如：齿轮传动、齿轮齿条传动、链轮传动、同步带轮传动以及丝杆传动。在实验操作过程中，可提高中小学生对各类机械传动的认知。

附图说明

图1是本实用新型多自由度小型实验工作台等轴侧视图1

图2是本实用新型多自由度小型实验工作台等轴侧视图2

图3是本实用新型左端齿轮升降结构示意图

图4是本实用新型右端齿轮升降结构示意图

图5是本实用新型角度调节机构主视图

图6是本实用新型水平移动机构俯视图

图7是本实用新型固定块示意图

图中：

1-上下升降机构，2-角度调节机构，3-水平移动机构，1-1-齿轮齿条组件，1-2-右侧转轴Ⅰ，1-3-右侧转轴Ⅱ，1-4-步进电机Ⅰ，1-5-左侧转轴，1-6-弹簧，1-7-伸缩杆，1-8-链轮链条组件，1-9-工作台Ⅰ，2-1-步进电机Ⅱ，2-2-增高块，2-3-工作台Ⅱ，2-4-角度调节板，2-5-丝杆组件Ⅰ，2-6-连接板，2-7-同步带轮组件，3-1-滑轨，3-2-丝杆组件Ⅱ，3-3-工作台Ⅲ，3-4-丝杆组件Ⅲ，3-5-装夹物，3-6-工作台Ⅳ，4-1-固定块，4-2-三角支撑板，4-3-丝杆组件轴承座，4-4-转轴轴承座。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，本实用新型为多自由度小型实验工作台，包括：上下升降机构(1)、角度调节机构(2)以及水平移动机构(3)。所述上下升降机构(1)包括：齿轮齿条组件(1-1)、右侧转轴I(1-2)、右侧转轴II(1-3)、步进电机I(1-4)、左侧转轴(1-5)、弹簧(1-6)、伸缩杆(1-7)、链轮链条组件(1-8)以及工作台I(1-9)。步进电机I(1-4)旋转带动齿轮齿条组件(1-1)上下移动，从而控制工作台I(1-9)的升降，为保证工作台I(1-9)的稳定性和安全性，底部装有伸缩杆(1-7)用于避免工作台I(1-9)上升或下降过多。此外，工作台(1-9)I底部装有弹簧(1-6)，初始为压缩状态，在工作台I(1-9)上升过程中提供支撑力。

所述角度调节机构(2)包括步进电机II(2-1)、增高块(2-2)、工作台II(2-3)、角度调节板(2-4)、丝杆组件I(2-5)、连接板(2-6)以及同步带轮组件(2-7)。工作台II(2-3)左右两端角度均可调节，工作台II(2-3)左端角度调节通过丝杆传动控制，右端通过角度调节板(2-4)调节，角度调节范围在(-60°至60°)。为便于丝杆组件I(2-5)控制操作，步进电机II(2-1)通过同步带轮组件(2-7)与丝杆组件II(2-5)连接。

所述水平移动机构(3)包括滑轨(3-1)、丝杆组件II(3-2)、工作台III(3-3)、丝杆组件III(3-4)、装夹物(3-5)以及工作台IV(3-6)。丝杆组件III(3-4)用于控制工作台III(3-3)进行前后移动，丝杆组件II(3-2)用于控制工作台IV(3-6)进行左右移动。

所述辅助固定组件包括：限制滑动的固定块(4-1)、固定齿条的三角支架(4-2)、固定丝杆组件的丝杆组件轴承座(4-3)、固定转轴的转轴轴承座(4-4)以及用于各种连接的销钉。固定块(4-1)表面有两个螺纹孔，通过螺栓旋紧或旋松对不同大小的装夹物进行固定。

本申请能使装夹物(3-5)通过上下升降机构(1)沿Z方向偏移，且利用步进电机I(1-4)的自锁性，使得工作距离可调，通过角度调节机构(2)可使装夹物(3-5)在正平面上进行(-60°至60°)的角度调节以及通过水平移动机构(3)进行前后左右调节。此外，通过固定块(4-1)设计，装夹物(3-5)尺寸可调，具有更广泛的适用性。使用时，步进电机I(1-4)控制工作台I(1-9)升降，步进电机II(2-1)控制工作台II(2-3)左端高度，角度调节板(2-4)控制工作台II(2-3)右端高度。工作台III(3-3)和工作台IV(3-6)上的丝杆组件II(3-2)以及丝杆组件III(3-4)由于操作空间大，可手动进行调节定位。

Claims

1.一种多自由度小型实验工作台，其特征在于，包括：

上下升降机构(1)、角度调节机构(2)、水平移动机构(3)、底板以及辅助固定组件；所述上下升降机构(1)包括齿轮齿条组件(1-1)、右侧转轴I(1-2)、右侧转轴II(1-3)、步进电机I(1-4)、左侧转轴(1-5)、弹簧(1-6)、伸缩杆(1-7)、链轮链条组件(1-8)以及工作台I(1-9)；步进电机I(1-4)带动左侧转轴(1-5)旋转，而右侧转轴II(1-3)通过链轮链条组件(1-8)与左侧转轴(1-5)连接；两侧的齿轮齿条组件(1-1)共同控制工作台I(1-9)的上下移动；底部的伸缩杆(1-7)用于限制工作台I(1-9)的移动范围；底部弹簧(1-6)初始为压缩状态，在步进电机I(1-4)带动齿轮齿条组件(1-1)向上运动的过程中，为工作台I(1-9)提供支撑力；所述角度调节机构(2)包括步进电机II(2-1)、增高块(2-2)、工作台II(2-3)、角度调节板(2-4)、丝杆组件I(2-5)、连接板(2-6)以及同步带轮组件(2-7)；丝杆组件I(2-5)控制增高块(2-2)左右移动，改变连接板(2-6)角度，进而控制工作台II(2-3)左端的倾斜程度，而工作台II(2-3)右端倾斜程度由角度调节板(2-4)控制，用销钉进行连接固定；所述水平移动机构(3)包括滑轨(3-1)、丝杆组件II(3-2)、工作台III(3-3)、丝杆组件III(3-4)装夹物(3-5)以及工作台IV(3-6)；丝杆组件III(3-4)用于控制工作台III(3-3)进行前后移动，丝杆组件II(3-2)用于控制工作台IV(3-6)进行左右移动；所述辅助固定组件包括：限制装夹物(3-5)滑动的固定块(4-1)、固定齿条的三角支架(4-2)、固定丝杆组件的丝杆组件轴承座(4-3)、固定转轴的转轴轴承座(4-4)以及用于连接的销钉。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度小型实验工作台，其特征在于：所述上下升降机构(1)中弹簧(1-6)和伸缩杆(1-7)置于工作台I(1-9)下方，左侧的转轴(1-5)通过轴承座固定在箱体内侧，齿轮齿条组件(1-1)安装在右侧转轴I(1-2)、右侧转轴II(1-3)和左侧转轴(1-5)上；右侧转轴II(1-3)和左侧转轴(1-5)通过链轮链条组件(1-8)传动；右侧转轴I(1-2)和右侧转轴II(1-3)上为外啮合齿轮。

3.根据权利要求1或2所述的一种多自由度小型实验工作台，其特征在于：所述升降机构(1)中的工作台I(1-9)通过步进电机I(1-4)转动带动四周齿轮齿条组件(1-1)上下移动，此外，通过步进电机I(1-4)的自锁性能，工作距离可调。

4.根据权利要求1或2所述的一种多自由度小型实验工作台，其特征在于：所述升降机构(1)上升过程较比于下降过程中，齿轮齿条组件(1-1)所受的力会大大增加，而底部压缩弹簧(1-6)在工作台I(1-9)向上运动过程中提供一定支撑力。

5.根据权利要求1或2所述的一种多自由度小型实验工作台，其特征在于：所述升降机构(1)的右侧转轴II(1-3)和左侧转轴(1-5)通过链轮链条组件(1-8)同步转动，配合齿轮外啮合达到工作台I(1-9)左右两侧同步提升。

6.根据权利要求1所述的一种多自由度小型实验工作台，其特征在于：所述角度调节机构(2)增高块(2-2)在丝杆组件I(2-5)上方并与连接板(2-6)相连，用于支撑连接板(2-6)；工作台II(2-3)左端与连接板(2-6)相连，工作台II(2-3)右端通过销钉与角度调节板(2-4)配合。

7.根据权利要求1或6所述的一种多自由度小型实验工作台，其特征在于：所述角度调节机构(2)中的丝杆组件I(2-5)与同步带轮组件(2-7)连接，由步进电机II(2-1)带动，解决处于内部的丝杆组件I(2-5)的操作不便的问题。

8.根据权利要求1或6所述的一种多自由度小型实验工作台，其特征在于：所述角度调节机构(2)中工作台II(2-3)左端角度调节通过丝杆上的增高块(2-2)移动控制，工作台II(2-3)右侧倾斜程度由角度调节板(2-4)上的孔控制，通过销钉连接，角度调节范围在-60°至60°。

9.根据权利要求1所述的一种多自由度小型实验工作台，其特征在于：所述水平移动机构(3)中工作台III(3-3)在滑轨(3-1)上方，通过丝杆组件III(3-4)实现前后移动，工作台IV(3-6)在丝杆组件II(3-2)上方，装夹物(3-5)装夹在工作台IV(3-6)上。

10.根据权利要求1或9所述的一种多自由度小型实验工作台，其特征在于：所述水平移动机构(3)中的固定块(4-1)内部打有螺丝孔，可通过六角螺栓的旋拧固定不同大小的装夹物(3-5)。