CN2927071Y - 三维动态变形矢量模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型三维动态变形矢量模拟装置，它由可沿X、Y、Z三个轴线方向运动的分支机构和控制其运动的电气控制器构成，可沿X轴线运动的分支机构由联接螺栓固定在箱体内的支架上，可沿Y轴线运动的分支机构设在X分支机构之上，可沿Z轴线运动的分支机构设在Y分支机构之上，Z轴线运动的分支机构上设有GPS天线座。用三维动态变形运动产生动态变形信号，模拟构筑物动态变形，检核GPS等动态变形监测设备的变形监测精度，测试GPS变形监测的能力，还可用于GPS大气层的信号延迟等相关研究领域。可应用于学术研究，也可用于本科、研究生的教学，为工矿企业及民用建设解决实际问题，其结构紧凑，操作方便，模拟效果好，具有实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及三维动态变形矢量模拟装置，尤其适用于模拟高层建筑物、桥梁、滑坡体和矿区井塔的三维动态变形轨迹的发生与检校。
背景技术
GPS(全球定位系统)能够实现精确定位，广泛应用于军事、农业、交通运输等国民经济各个领域，还可用于监测高层建筑物、桥梁、大坝、滑坡体和矿区井塔的动态变形。由于动态变形体的变形运动未知，且变形极其复杂，为了验证GPS动态变形监测的精度，有必要对各类构筑物的动态变形进行模拟，目前已有的变形模拟实验装置有手动单方向移动的GPS变形控制台，用手动产生变形；另一种变形模拟实验装置，只能完成简单的二维运动，运动形式简单，变形过程不能实时采集，且不能产生长时间的动态持续慢变形。
发明内容
技术问题：本实用新型的目的是提供一种结构紧凑、操作方便、使用效果好的三维动态变形矢量模拟装置。
技术方案：本实用新型三维动态变形矢量模拟装置，它由可沿X、Y、Z三个轴线方向运动的分支机构和控制其运动的电气控制器构成，可沿X轴线运动的分支机构由联接螺栓固定在箱体内的支架上，可沿Y轴线运动的分支机构设在X分支机构之上，可沿Z轴线运动的分支机构设在X分支机构之上，Z轴线运动的分支机构上设有天线座。
本实用新型三维动态变形矢量模拟装置，所述可沿X、Y、Z三个轴线方向运动的分支机构由设在三个方向的电机和与电机轴相连的滚珠丝杆副构成，X轴线上的电机通过水平安装座设在X轴运动平台上，Y轴线上的电机通过水平安装座设在Y轴运动平台上，Z轴线上的电机设在高程运动电机座上，X轴运动平台和Y轴运动平台下分别设有水平滚动导轨副，Z轴运动平台侧设有高程滚动导轨副；所述的箱体下方设有可调地脚支撑座；所述的箱体上装有监测二维水平方向的水平调整仪；所述的电气控制器分由PC机、AT89C52单片机和分别控制电机的三个驱动器构成，PC机与AT89C52单片机之间通过TxD、RxD和GND三条数据线连接，AT89C52单片机通过I/O口P1和P2与三个驱动器的CP、DI、GA和RE直接相连，三个驱动器的输出端分别连接电机。
有益效果：本实用新型三维动态变形矢量模拟装置，最适用于模拟高层建筑物、桥梁、滑坡体和矿区井塔的三维动态变形轨迹。采用可沿X、Y、Z三个轴线方向运动的分支机构和控制其运动的电气控制器组成的三维动态变形矢量模拟装置，各分支机构支承在滚动导轨副上，并沿三维方向精确放置，天线座上安装GPS天线，GPS天线通过数据传输线接GPS接收机；分支机构驱动天线座运动，动态变形矢量的真实值可通过传感器或内部程序换算获取；采用喷塑方形管材制作外置箱体，强度高重量轻，外形美观不易锈蚀损坏，箱体四角设有支撑螺杆，其上装有监测二维水平方向的气泡，通过调整四角螺杆，能保证试验台始终处于水平位置状态。箱体上刻有X、Y坐标的标志，以便于GPS传感器坐标的校准；每个方向的运动执行机构包括控制电机、滚珠丝杠驱动元件、滚动导轨副与支承平台，并设置位移传感器与游标卡尺对变形量进行检核。将GPS等天线置于其上，通过三维动态变形运动产生三维的动态变形信号，模拟检核GPS等动态变形监测设备的变形监测精度测试GPS变形监测的能力，也可用于GPS大气层的信号延迟等相关研究领域。可应用于学术研究，也可应用于本科、研究生的教学，为工矿企业及民用建设解决实际问题，其结构紧凑，操作方便，模拟效果好，在本领域内具有实用性。
附图说明
图1是本实用新型三维动态变形矢量模拟装置结构主视图。
图2是本实用新型三维动态变形矢量模拟装置结构俯视图。
图3是本实用新型三维动态变形矢量模拟装置控制电路原理图。
图中：1-天线座，2-高程滚动导轨副，3-高程控制电机，4-高程电机座，5-运动平台，6-滚动导轨副，7-运动平台，9-电机水平安装座，10、11、3-电机，12、13、8-滚动丝杆副，14-箱体，15-可调地脚支撑座，16-联接螺栓，17-水平调整仪。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述：
本实用新型三维动态变形矢量模拟装置，它由一个可沿X、Y、Z三个轴线方向运动的分支机构和控制其运动的电气控制器构成，整个机构设在方形箱体14内，可沿X轴线运动的分支机构由安装在X轴运动平台7的滚动导轨副6通过水平安装座9安装在运动平台7上的X轴线运动电机10和设在其上的X轴驱动滚珠丝杆副12构成，该分支机构的运动平台底座7由联接螺栓16固定在箱体14内的支架上。可沿Y轴线运动的分支机构由设在X分支机构之上的坐落在滚动导轨副6的运动平台5，通过水平安装座9安装在Y轴运动平台5上的Y轴线运动电机11和设在其上的Y轴滚动丝杆副13构成，Y轴线运动的分支机与X轴线运动的分支机垂直相交，X轴向的滚珠丝杠副12驱动Y轴向运动平台5，使Y分支机构在X轴分支机构上作往复运动。可沿Z轴线运动的分支机构由设在Z分支机构之上的高程电机座4、设在高程电机座4上的高程控制电机3构成，Z轴线运动平台上设有天线座1，天线座1上设置GPS天线，高程电机座4安装在Y轴运动平台5上，上部连接有与滚动丝杆副8同时运动的高程导向导轨副2，天线座1设在高程运动平台18的顶部；Z轴线运动的分支机构安装在Y向运动平台上，在滚动丝杆副13的驱动下，可在Y轴线运动的分支机构上作往复运动，同时可在高程滚珠丝杆8驱动下作上下运动。所述箱体14下方设有可调地脚支撑座15，并装有监测二维水平方向的水平调整仪17。所述电气控制器由PC机、AT89C52单片机和分别控制X、Y、Z三个轴线方向运动的电机10、11、3的三个驱动器构成，PC机与AT89C52单片机之间通过TxD、RxD和GND三条数据线连接，AT89C52单片机通过I/O口P1和P2与三个驱动器的CP、DI、GA和RE直接相连，三个驱动器的输出端分别连接电机(10、11、3)。驱动器输入部分CP为控制脉冲输入，D工为方向控制信号输入，GA为使能信号输入，RE为报警信号输入；驱动器输入交流220V电源，输出端A、B、C接控制步进电机三相绕组。电气控制部分安装可在箱体上，亦可单独制作控制箱。
工作过程：采用与人直接交换信息的PC机，通过TxD、RxD和GND三条数据线连接AT89C52单片机，将GPS天线运动参数输入PC机，经PC机可视化编程，完成运动参数传送处理，再经单片机编程，实现PC机与AT89C52单片机的通讯，对所设的三个驱动器发出脉冲控制命令，每个驱动器将所输入的220V交流电调制为对应步进电机绕组电压或电流，三个方向的步进电机(10、11、3)驱动三个方向的分支机构运动，完成三维变形模拟。将GPS接收机获取的变形数据与天线实际变形进行检校。
Claims (5)
1.三维动态变形矢量模拟装置，其特征在于：它由可沿X、Y、Z三个轴线方向运动的分支机构和控制其运动的电气控制器构成，可沿X轴线运动的分支机构由联接螺栓(16)固定在箱体(14)内的支架上，可沿Y轴线运动的分支机构设在X分支机构之上，可沿Z轴线运动的分支机构设在Y分支机构之上，Z轴线运动的分支机构上设有天线座(1)。
2.根据权利要求1所述的三维动态变形矢量模拟装置，其特征在于：所述可沿X、Y、Z三个轴线方向运动的分支机构由设在三个方向的电机(10、11、3)和与各电机轴相连的滚珠丝杆副(12、13、8)构成，X轴线上的电机(10)通过水平安装座(9)设在X轴运动平台(7)上，Y轴线上的电机(11)通过水平安装座(9)设在Y轴运动平台(5)上，Z轴线上的电机设在高程电机座(4)上，X轴运动平台(7)和Y轴运动平台(5)下分别设有水平滚动导轨副(6)，Z轴运动平台侧设有高程滚动导轨副(2)。
3.根据权利要求1所述的三维动态变形矢量模拟装置，其特征在于：所述的箱体(14)下方设有可调地脚支撑座(15)。
4.根据权利要求1所述的三维动态变形矢量模拟装置，其特征在于：所述的箱体(14)上装有监测二维水平方向的水平调整仪(17)。
5.根据权利要求1所述的三维动态变形矢量模拟装置，其特征在于：所述的电气控制器分由PC机、AT89C52单片机和分别控制电机(10、11、3)的三个驱动器构成，PC机与AT89C52单片机之间通过TxD、RxD和GND三条数据线连接，AT89C52单片机通过I/O口P1和P2与三个驱动器的CP、DI、GA和RE直接相连，三个驱动器的输出端分别连接电机(10、11、3)。
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