小球平面运动控制仪器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种教学用的小球平面运动控制仪器，具有可对小球进行轨迹控制的优点，该小球平面运动控制仪器，包括形成闭合控制回路的位置采集模块、伺服运动控制模块、伺服驱动电机、与伺服驱动电机连接的第一转轴以及设置在伺服驱动电机上的传感器，在闭合控制回路中还设置有与第一转轴交错连接在一起的第二转轴，第一转轴与第二转轴均作用于位置采集模块上，在第一转轴与第二转轴上连接有伺服驱动电机。通过设置的双轴伺服运动控制机构，不仅可以实现小球在平面上的平衡控制，并且能实现小球的定位乃至轨迹控制功能。尤其适合在学校、研究机构等场所推广使用。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种自动控制仪器，尤其是涉及一种教学用的小球平面运动控制仪器。技术背景目前，在自动控制教学仪器领域，采用水箱系统和多级摆系统进行算法演示和实验非常 普遍；而市场上现有的实验仪器中，包括有位置采集模块，伺服运动控制模块、伺服电机以 及设置在伺服电机上的传感器，通过位置采集模块采集实验物体的实时平面坐标，实现实验 物体的平衡控制。伺服控制方式主要是伺服控制器配合一定的传感器对执行机构进行闭环控 制(通常采用伺服电机加旋转编码器的方式来构成闭环运动控制)；在人机界面的表现方法 和手段上，采用按键加液晶图形显示的方法。但为了防止硬件本身的损坏，很多设备限制了 演示的功能或者参数的范围，可用于设定的参数数量也非常有限，允许用户自定义的算法往 往不能深入硬件底层，从而限制了算法验证本身的效果和意义。这类实验设备大多体积巨大 成本高昂，演示内容往往固定且单一，开放性和交互性较差。并且只能实现实验物体在平面 上的平衡控制。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种可对小球进行轨迹控制的小球平面运动控制 仪器。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是小球平面运动控制仪器，包括形成闭 合控制回路的位置采集模块、伺服运动控制模块、伺服驱动电机、与伺服驱动电机连接的第 一转轴以及设置在伺服驱动电机上的传感器，在闭合控制回路中还设置有与第一转轴交错连 接在一起的第二转轴，第一转轴与第二转轴均作用于位置采集模块上，在第一转轴与第二转 轴上均连接有伺服驱动电机。进一步的是，所述传感器为设置在第一转轴与第二转轴端部的电位器。进一步的是，第一转轴上设置有第一运动平台，第二转轴上设置有第二运动平台，第二 转轴设置在第一运动平台上。进一步的是，在闭合控制回路中设置有电可擦除只读存储器。进一步的是，在闭合控制回路中还设置有flash程序存储器。进一步的是，在闭合控制回路中设置有操控板。进一步的是，在闭合控制回路中还设置有显示屏。本技术的有益效果是通过设置的双轴伺服运动控制机构，通过位置采集模块采集 实验物体的实时平面坐标，并且根据该坐标与设定坐标的差值向伺服电机控制器发出倾角修 改指令，从而形成坐标一倾角一坐标的大闭环控制系统；通过采集连接在各伺服电机上旋转 编码器可获取实际偏转角度信号，控制器根据该信号与规划的目标角度之差，通过基于位置 环的PID运算，修改发到伺服电机的PWM (脉宽调制，即高低电平的持续时间比值)，改变平 面倾角，从而保证平面倾角任意精确可控，形成倾角一PWM—倾角的小闭环控制系统。不仅 可以实现实验物体在平面上的平衡控制，并且能实现实验物体的定位乃至轨迹控制功能，而 通过设置的电可擦除只读存储器24，可实现对程序与参数的修改，实现良好的人机交互功 能，进而实现不同运动轨迹的控制。附图说明图l是本技术的结构简图。图2是本技术的人机交互界面结构简图。图3是图1的俯视图。图中标记为，电位器l、同步带2、小同步带轮3、伺服驱动电机4、第一运动平台5、第 二运动平台6、电位器固定座7、伺服驱动电机8、大同步带轮9、底座IO、伺服运动控制模块 11、支承轴12、轴承座13、支承架14、第一转轴15、位置采集模块16、主控制器17、小球18 、实验小球运动轨迹19、第二转轴20、电位器21、显示屏22、操控按键23、电可擦除只读存 储器24、 flash程序存储器25。具体实施方式以下结合附图对本技术进一步说明。如图l、图2、图3所示，本技术的小球平面运动控制仪器，包括形成闭合控制回路 的位置采集模块16、伺服运动控制模块ll、伺服驱动电机、与伺服驱动电机连接的第一转轴 15以及设置在伺服驱动电机上的传感器，在闭合控制回路中还设置有与第一转轴15交错连接 在一起的第二转轴20，第一转轴15与第二转轴20均作用于位置采集模块16上，在第一转轴15 与第二转轴20上连接有伺服驱动电机4、 8。通过交错连接在一起的第一转轴15与第二转轴20 ，这样在位置采集模块16、主控制器17与伺服运动控制模块形成的闭合回路中，通过位置采 集模块16采集小球18的实时平面坐标，并且根据该坐标与设定坐标的差值向伺服驱动电机4 、8发出倾角修改指令，从而形成坐标一倾角一坐标的大闭环控制系统，通过采集连接在伺 服驱动电机4、 8上的传感器可获取实际偏转角度信号，控制器根据该信号与规划的目标角度之差，通过基于位置环的PID运算，修改发到驱动电机的PWM (脉宽调制，即高低电平的持续 时间比值)，改变平面倾角，从而保证平面倾角任意精确可控，形成倾角一PWM—倾角的小 闭环控制系统。使得小球18在位置采集模块16上运动的时候，可以根据设置的双轴伺服运动 控制机构，不停地修正转动角度，进而实现小球18沿设定的运动轨迹运动，不仅可以实现小 球18在平面上的平衡控制，并且能实现小球18的定位乃至轨迹控制功能。为了能精确控制运动轴的角度偏移，所述传感器为设置在第一转轴15与第二转轴20端部 的电位器l、 21。通过电位器1与电位器21采集连接在第一转轴15与第二转轴20上的伺服驱动 电机4、 8的转动角度信息，可获取实际偏转角度信号。将采集角度信息传回伺服运动控制模 块11来达到控制位置采集模块16上小球18的轨迹。当然，传感器也可以采用旋转编码器、绝 对值编码器、带复位点的相对编码器等实现对伺服电机的旋转角度采集。为了能使小球18在运动的时候能直观的看出系统的控制效果，第一转轴15上设置有第一 运动平台5，第二转轴20上设置有第二运动平台6，第二转轴20设置在第一运动平台5上。为了方便用户下次继续使用，在闭合控制回路中设置有电可擦除只读存储器24。通过设 置的电可擦除只读存储器24，可将设定结束后的数据保持在电可擦除只读存储器24中，即使 在断电的情况下，仍然能将设定结束后的数据保存下来，方便下次实验的时候继续使用，并 且可以通过修改电可擦除只读存储器24中的参数值与程序，实现良好的人机交互功能，从而 实现不同运动轨迹的控制。而为了实现对小球18运动控制的程序进行修改，在闭合控制回路中还设置有flash程序 存储器25。这样就可以将程序设置在flash程序存储器25中，而电可擦除只读存储器24中只 存储参数，这样修改程序仅在flash程序存储器25中进行修改，而通过修改存储在flash程序 存储器25中的程序，进而可实现对小球18运动轨迹的控制，实现小球18沿不同的轨迹运动。为方便用户能很方便地进行控制，在闭合控制回路中设置有操控板23。不仅可以很方便 的进行实验控制，还可以通过操控板23对系统随时做出控制轨迹修改，使小球18沿设定的运 动轨迹运动，为了能将控制过程用数字、图形、函数图像等方式显示出来，在闭合控制回路 中还设置有显示屏22。权利要求1. 小球平面运动控制仪器，包括形成闭合控制回路的位置采集模块(16)、伺服运动控制模块(11)、伺服驱动电机、与伺服驱动电机连接的第一转轴(15)以及设置在伺服驱动电机上的传感器，其特征是在闭合控制回路中还设置有与第一转轴(15)交错连接在一起的第二转轴(20)，第一转轴(15)与第二转轴(20)均作用于位置采集模块(16)上，在第一转轴(15)与第二转轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
小球平面运动控制仪器，包括形成闭合控制回路的位置采集模块（１６）、伺服运动控制模块（１１）、伺服驱动电机、与伺服驱动电机连接的第一转轴（１５）以及设置在伺服驱动电机上的传感器，其特征是：在闭合控制回路中还设置有与第一转轴（１５）交错连接在一起的第二转轴（２０），第一转轴（１５）与第二转轴（２０）均作用于位置采集模块（１６）上，在第一转轴（１５）与第二转轴（２０）上连接有伺服驱动电机（４、８）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，胡天链，吴健，张科，戴馨，李家会，王卓然，陈刚，唐皇，童磊，王姮，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]