CN2582079Y - 旋转型垂直式倒立摆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能控制领域仿真研究及教学用的旋转型垂直式倒立摆，其是在一底座11上枢接一底板8，底板8上从下往上分别连设有电机6、连轴器5、转轴13而形成旋转立柱12，其中的转轴13上滑套有信号滑环4，转轴13上端设有平衡臂2，外端上方枢设一可在0°～360°间自由转动的摆杆1，其外端下方设有传感器3，其内端下方相对摆杆1的支点位置设有平衡锤10，传感器3的信号线穿经信号滑环4与控制系统联接；底座11的两侧面相对的设有固定滑臂9及旋转滑臂7，固定滑臂9上设有圆形滑槽91，该滑槽91是以底板8的枢接点为圆心，旋转滑臂7上设有开口的长条形滑槽71，底板8上相对于各滑槽91、71的位置设有滑柱，该滑柱滑设于滑槽中并以螺帽紧固，本实用新型的旋转立柱12可在垂直与水平之间的任意位置固定，使其上的摆杆1可在水平与垂直之间的任意角度做倒立摆实验，由于摆杆1可做360°的自由转动及旋转立柱12可以转动，所以该倒立摆具有摆杆完全倒下后的自救功能。

Description

旋转型垂直式倒立摆

技术领域

本实用新型涉及一种实验装置，特别涉及一种旋转型垂直式倒立摆。

背景技术

倒立摆在控制领域、智能控制领域、机器人、机器手及复杂的机器人等领域都具有重要研究价值，计算机系统通过倒立摆可以模拟和仿真各种实用系统的智能控制数学模型，是教学和研究领域内不可缺少的实验装置。

目前，国内所使用的多是平台滑车型倒立摆，具有一定的局限性，其摆杆完全倒下后不能自救，且垂直面与水平面的夹角不能任意调整。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决平台滑车型倒立摆存在的摆杆完全倒下后不能自救的问题，而提供一种摆杆完全倒下后能自救的旋转型垂直式倒立摆。

本实用新型包括有底座、固定滑臂、旋转滑臂、旋转立柱、电机、平衡臂、平衡锤、传感器、摆杆、控制系统；其中，底座的两侧面相对的设置固定滑臂和旋转滑臂，固定滑臂上设有一个或一个以上的圆形滑槽，旋转滑臂的一端枢接于底座的侧壁上，该旋转滑臂上设有开口的长条形滑槽，旋转立柱固定于底板上，该底板的一端枢接于底座上，所说的固定滑臂上的圆形滑槽以底板的枢接点为圆心而形成，所说的旋转立柱的底端为电机，电机的上端设有连轴器，连轴器上端的转轴上滑套有信号滑环，该转轴可由电机带动旋转，转轴上端固定平衡臂，该平衡臂外端上方枢设摆杆，外端下方设置传感器，内端下方相对摆杆支点位置设有平衡锤；摆杆的短端与平衡臂之间穿设一固定销；传感器的信号线通过信号滑环再与控制系统联接，以防止信号线磨损；底板的两侧相对于固定滑臂及旋转滑臂的滑槽设有滑柱，该滑柱滑设于滑槽中，并以螺帽套固；底座靠近固定滑臂的侧部枢接一可折叠的底座，当旋转立柱旋转重心靠近固定滑臂一侧时，该可折叠的底座伸直使底座加长，防止整个装置倾倒。

本实用新型的旋转立柱可垂直立于底座上，而使摆杆做水平向的摆动实验，也可以以枢接点为轴转至90°，使旋转立柱与底座平行，而摆杆呈立式做摆动实验；旋转立柱也可在0°～90°之间任意沿固定滑臂及旋转滑臂的滑槽滑动，及在任意一角度由螺母固定，而做任意角度的摆杆摆动实验。

所说的固定滑臂上刻有角度线，以方便旋转角度的确定。

本实用新型的工作原理是通过电机(直流电机、交流电机、步进电机、力矩电机)驱动的平衡臂使摆杆在一定角度范围内稳定摆动，即摆的动态平衡。为了使整个装置保持平衡，在摆杆支点的相对位置安装平衡锤；而且平衡臂的位置与电动机的回转轴一致，从而保证电机的回转运动稳定。摆杆的回转角度是根据无接触点角度传感器测量，其信号通过信号滑环输入控制电路。此外，倒立摆的支撑电机的底板通过带有刻度的固定滑臂可使其在水平方向倾斜0°～90°，可折叠的底座在旋转立柱旋转90°时通过辅助地脚增加支撑。

本实用新型的控制系统采用单片机或计算机相结合的方法。传感器采集的信号通过信号滑环输入单片机或计算机，经计算机机处理后输出控制电机，传感器的信号线通过塑料(PCI)插槽与计算机相连，由计算机编程实现对倒立摆的控制。

倒立摆的控制可以采用多种控制手段，如比例积分微分(PDI)控制、模糊控制、神经网络控制、基于单片机或计算机基础之上的智能控制等，因而可以作为研究控制基理的主要实验装置；此外，由于倒立摆的实验装置简单，控制好坏一目了然，可以广泛地应用于教学及科研中；而且倒立摆的控制理论可以移植于机器人，对于机器人的研究有重要的参考价值。

附图说明

图1为本实用新型实施例旋转立柱倾斜时的示意图。

图2为本实用新型实施例旋转立柱旋转90。时的示意图。

具体实施方式

请参阅图1、图2所示，本实用新型包括有底座11、固定滑臂9、旋转滑臂7、旋转立柱12、电机6、平衡臂2、平衡锤10、传感器3、摆杆1及控制系统；其中，底座11的两侧面相对设置固定滑臂9和旋转滑臂7，固定滑臂9上设有二个圆形滑槽91，旋转滑臂7的一端枢接于底座11的侧臂上，该旋转滑臂7上设有开口的长条形滑槽71，旋转立柱12固定于底板8上，该底板8的一端枢设于底座11上，而固定滑臂9的圆形滑槽91以底板8的枢接点为圆心而形成；所说的旋转立柱12的底端为电机6，电机6的上端设有连轴器5，连轴器5上端设有转轴13，该转轴13可由电机带动旋转，该转轴13上滑套有信号滑环4，转轴13上端固定平衡臂2，该平衡臂2外端上方枢设摆杆1，外端下方设置传感器3，内端下方相对摆杆1支点位置设有平衡锤10；摆杆1的短端与平衡臂2之间穿设一固定销111，当做实验时，可将该固定销111拔出，使摆杆1可自由摆动，当不做实验时，可将该固定销111插置，防止摆杆1摆动或被碰弯；传感器3的信号线通过信号滑环4再与控制系统联接，以防止信号线在摆动时磨损；底板8的两侧相对于固定滑臂9及旋转滑臂7的滑槽设有滑柱，该滑柱滑设于滑槽中，并以螺帽套固；底座11靠近固定滑臂9的侧部枢接一可折叠的底座14，使与其枢接的底座11小型化，当旋转立柱12旋转重心靠近固定滑臂9一侧时，该可折叠的底座14伸直使底座11加长，防止整个装置倾倒。

本实施例的旋转立柱12可垂直立于底座11上，而使摆杆1做水平向的摆动实验，也可以以枢接点为轴转至90°，使旋转立柱12与底座11平行，而摆杆1呈立式做摆动实验；旋转立柱12也可在0°～90°之间任意一角度固定，而使摆杆1在水平至垂直之间做摆动实验。

本实用新型的摆杆1由于可以以枢接点为轴自由转动360°，因此，该倒立摆具有完全倒下后的自救功能；由于摆杆1可以在水平、垂直位置及两者之间的任意位置做倒立摆实验，实验范围宽，即一机多用。

本实用新型的控制系统采用单片机或计算机相结合的方法，传感器采集的信号通过信号滑环输入计算机，经计算机处理后输出控制电机，传感器的信号线通过塑料插槽(PCI)与计算机相连，由计算机编程实现对倒立摆的控制。

倒立摆的控制可以采用多种控制手段，如比例积分微分(PDI)控制、模糊控制、神经网络控制、基于单片机或计算机基础之上的智能控制等，因而可以作为研究控制基理的主要实验装置；此外，由于倒立摆的实验装置简单，控制好坏一目了然，可以广泛地应用于教学及科研中；而且倒立摆的控制理论可以移植于机器人，对于机器人的研究有重要的参考价值。

Claims (6)

1、一种旋转型垂直式倒立摆，其包括有一底座(11)、一摆杆(1)、电机(6)及控制系统，其特征在于：还包括有固定滑臂(9)、旋转滑臂(7)、旋转立柱(12)、平衡臂(2)、平衡锤(10)、传感器(3)；其中，底座(11)两侧面相对的设置固定滑臂(9)和旋转滑臂(7)，固定滑臂(9)上设有圆形滑槽(91)，旋转滑臂(7)上设有开口的长条形滑槽(71)；旋转立柱(12)固定于底板(8)上，该底板(8)的一端枢接于底座(11)上，固定滑臂(9)的圆形滑槽(91)以底板(8)的枢接点为圆心而形成；旋转立柱(12)的底端为电机(6)，电机(6)的上端设有连轴器(5)，连轴器(5)的上端设有转轴(13)，该转轴(13)可由电机(6)带动旋转，转轴(13)上滑套有信号滑环(4)，转轴(13)上端固定平衡臂(2)，该平衡臂(2)外端上方枢设摆杆(1)，外端下方设置传感器(3)，内端下方相对摆杆(1)的支点位置设有平衡锤(10)；底板(8)的两侧相对于固定滑臂(9)及旋转滑臂(7)的滑槽设有滑柱，该滑柱滑设于滑槽中，并以螺帽套固；传感器(3)的信号线通过信号滑环(4)而与控制系统联接。

2、按照权利要求1所述的一种旋转型垂直式倒立摆，其特征在于：所说的固定滑臂(9)上的圆形滑槽(91)为一个或一个以上。

3、按照权利要求1所述的一种旋转型垂直式倒立摆，其特征在于：所说的摆杆(1)的短端与平衡臂(2)之间穿设一固定销(111)。

4、按照权利要求1所述的一种旋转型垂直式倒立摆，其特征在于：所说的底座(11)靠近固定滑臂(9)的一侧枢接一可折叠的底座(14)。

5、按照权利要求1所述的一种旋转型垂直式倒立摆，其特征在于：所说的控制系统为单片机与计算机相结合，单片机或计算机通过塑料插槽与计算机相连，由计算机编程实现对倒立摆的控制。

6、按照权利要求5所述的一种旋转型垂直式倒立摆，其特征在于：所说的倒立摆的控制采用比例积分微分控制或模糊控制或神经网络控制或基于单片机或计算机基础之上的智能控制。

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