典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统的制作方法

典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统的制作方法
【专利摘要】典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统，由固定结构部分，运动机构部分，电子控制电路部分和软件部分组成。固定结构部分由支撑架、调节旋钮、面板组成。电子控制电路由微控制器、电机驱动模块、通信接口模块组成，微控制器通过协调运动机构与软件之间的数据与指令；电机驱动器用于驱动运动机构的电机，数据通信接口用于采集姿态传感器的数据，同时将采集来的数据处理后实时发送给上位机进行二次处理。软件用于将二次处理后的数据以图形、图表的形式直观展示给用户，同时将用户的指令及时发送给下位机，下位机将得到的指令用于控制运动机构作出相应的动作。实现了直观的展示典型运动机构的运动过程，同时将运动数据以图表的方式实时展现。
【专利说明】典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统，尤其属于一种应用于对机构运动参数实时监测的场合。

【背景技术】
[0002]目前，我们所熟知的典型运动机构实物和运动参数反馈系统大多属于一种静态结构展示或者一些简单的机构运动或者用工业软件做的虚拟运动展示，普通的静态展示机构或者机构运动的演示无法将机构的运动规律和运动参数直观的反应出来，对于软件虚拟的机构运动演示又给人一种不真实或者无法直观感受到真切的机构运动过程，使人产生困惑，所以，社会迫切需要一种可以直观展示机构运动过程又能将运动数据实时展现的系统，实现软件实时反应机构运动参数，同时机构又可被软件实时控制的功能。


【发明内容】

[0003]本发明的目的是提供一种面向典型运动机构的实物与运动参数实时同步交互系统，可直观的展示典型运动机构的运动过程，又能将运动数据以图表的方式实时展现，采用模块化设计，使使用者可根据需要安装所需使用的部分，增加了系统实用性，软件可跟随运动机构实现实时反馈，同时，软件又可反向控制机构执行预想的运动。
[0004]典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统，由固定结构部分，运动机构部分，电子控制电路部分和软件部分组成。固定结构部分由支撑架、调节旋钮、面板组成，支撑架与面板相连，支撑架用于调节面板与水平面之间的角度，支撑架上有安装调节旋钮的调节旋钮螺纹孔，通过调节旋钮在调节旋钮螺纹孔里的旋转来改变支撑架与地面接触点的高度进而改变面板与水平面之间的角度，面板上有大大小小，排列、形状各不相同的孔或槽，其位置、形状、大小由需要安装的运动机构决定。由于典型运动机构种类众多，在此通过四杆机构与凸轮机构为例展示系统的运作与功能，体现系统的兼容协作能力，系统可兼容大多数典型运动机构。
[0005]当运动机构选择四杆机构时，运动机构由驱动电机、杆件组成，通过调整杆件的长短和各杆所处的相对位置，变化出双摇杆、双曲柄、曲柄摇杆等典型四杆运动机构，杆与杆之间通过轴相连，杆与驱动电机轴相连的位置有紧定螺钉，杆与面板通过轴相连或通过编码器相连。
[0006]当运动机构选择凸轮时，运动机构由位移传感器、凸轮、驱动电机组成。凸轮与驱动电机相连，固定于面板，位移传感器的顶针或滚轮与凸轮相贴合，实时反映凸轮的轮边缘上的点到旋转中心的距离，进而计算凸轮的轮廓线轨迹。
[0007]电子控制电路由微控制器、电机驱动模块、通信接口模块组成，微控制器通过协调运动机构与软件之间的数据与指令，达到上位机与下位机协调工作；电机驱动器用于驱动运动机构的电机，数据通信接口用于采集姿态传感器的数据，同时将采集来的数据处理后实时发送给上位机进行二次处理。
[0008]软件用于将二次处理后的数据以图形、图表的形式直观展示给用户，同时将用户的指令及时发送给下位机，下位机将得到的指令用于控制运动机构作出相应的动作。
[0009]当各部分正确连接后，运动机构为四杆机构时，当使用姿态传感器作为检测器件时，当微控制器收到上位机发送来的指令时，通过电机控制器控制电机运转，姿态传感器通过通信接口将其中一根杆的三轴加速度及三轴角速度实时传输给微控制器，微控制器解算后通过通信接口反馈给上位机，上位机二次处理后以直观的方式实时反映给上位机。
[0010]运动机构为凸轮机构时，当使用位移传感器作为检测器件时，当微控制器收到上位机发送来的指令时，通过电机控制器控制电机运转，位移传感器通过通信接口将位移距离实时传输给微控制器，微控制器解算后通过通信接口反馈给上位机，上位机二次处理后以直观的方式实时反映给上位机。
[0011]上述运动机构的角位移还可通过编码器检测，使用编码器检测时通过微控制器的硬件中断触发内部的计数器实时反馈角位移数据。
[0012]上述可知，本发明实现了可直观的展示典型运动机构的运动过程，又能将运动数据以图表的方式实时展现的预期目的。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]图1是本典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统的支撑架；
图2是本典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统的面板；
图3是本典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统的装配体(运动机构为四杆)；
图4是本典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统的装配体(运动机构为凸轮)；
图5是本典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统电子控制系统微控制器的最小系统电路图；
图6是本典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统的电子控制系统的驱动电机驱动电路；
图7是本典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统的电子控制系统的串口通Ih电路；
图8是本典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统的电子控制系统的电源电路。

【具体实施方式】
[0014]下面结合【专利附图】

【附图说明】对本发明做进一步介绍
本典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统，由固定结构部分，运动机构部分，电子控制电路，软件组成。
[0015]参见图1，固定结构部分由支撑架1、调节旋钮、面板组成4，支撑架I与面板4相连通过螺钉相连，支撑架I上有用于螺钉穿过的固定孔2，支撑架I用于调节面板4与水平面之间的角度，支撑架I上有安装调节旋钮的调节旋钮螺纹孔3，通过调节旋钮在调节旋钮螺纹孔3里的旋转来改变支撑架I与地面接触点的高度进而改变面板4与水平面之间的角度。
[0016]参见图2，面板4上有大大小小、排列、形状各不相同的孔或槽，其位置、形状、大小由需要安装的运动机构决定。本示例面板上有用于驱动电机安装的固定孔6，用于编码器安装的固定孔8，用于位移传感器安装的固定槽7。由于典型运动机构种类众多，在此通过四杆机构与凸轮机构为例展示系统的运作与功能，体现系统的兼容协作能力，系统可兼容大多数典型运动机构。
[0017]参见图3，当运动机构选择四杆机构时，运动机构由驱动电机9、杆件组成。通过调整杆件的长短和各杆所处的相对位置，变化出双摇杆、双曲柄、曲柄摇杆等典型四杆运动机构，这里采用了可变长度的驱动杆11实现机构种类的变化。杆与杆之间通过轴相连，杆与驱动电机9轴相连的位置有紧定螺钉，杆与面板4通过轴相连或通过编码器10相连。
[0018]参见图4，当运动机构选择凸轮14时，运动机构由位移传感器15、凸轮14、驱动电机组成，凸轮14与驱动电机相连，固定于面板4，位移传感器15的顶针或滚轮与凸轮相贴合，实时反映凸轮的轮边缘上的点到旋转中心的距离，进而计算凸轮的轮廓线轨迹。
[0019]电子控制电路由微控制器U3、电机驱动模块U2、通信接口模块U5组成。微控制器U3通过协调运动机构与软件之间的数据与指令，达到上位机与下位机协调工作；电机驱动器U2用于驱动运动机构的电机，数据通信接口 U5用于采集姿态传感器的数据，同时将采集来的数据处理后实时发送给上位机进行二次处理。
[0020]参见图5，微控制器U3的最小系统，这里选用了 atmegal6单片机，R6和Cll组成复位电路，R6 —端连接VCC，一端连接RST，同时与Cll相连，Cl I另一端与GND相连；C12与C13 一端连接GND另一端连接晶振同时与atmegal6相应标号引脚相连组成晶振电路；使用atmegal6片内集成的IIC、SPI通信电路采集传感器数据，这里选择了 IIC通信。
[0021]参见图6，电机驱动模块U2，这里选用了 L298N驱动芯片，在电源端并联电容消除电压波动，在每个输出端连接肖特基二极管稳定电压，电机驱动模块根据需要驱动的电机数量决定所需驱动器数量。
[0022]参见图7，串口通信电路U5，这里选用了 RS232通信，使用MAX232CPE进行电平变换，协调PC上位机与atmegal6。
[0023]参见图8，电源电路U1，这里选用了 LM2596T-ADJ可调稳压电源芯片，通过Rl修改参考电压进而修改输出电压值，用于消除因为负载变换组成的电压小范围波动，使系统工作更加稳定，使变化外围驱动部件的数量时更加可靠。
[0024]软件用于将二次处理后的数据以图形、图表的形式直观展示给用户，同时将用户的指令及时发送给下位机，下位机将得到的指令用于控制运动机构作出相应的动作。
[0025]当各部分正确连接后，运动机构为四杆机构时，当使用姿态传感器作为检测器件时，当微控制器U3收到上位机发送来的指令时，通过电机控制器U2控制电机9运转，姿态传感器通过通信接口将其中一根杆的三轴加速度及三轴角速度实时传输给微控制器U3，微控制器U3解算后通过通信接口 U5反馈给上位机，上位机二次处理后以直观的方式实时反映给上位机。
[0026]运动机构为凸轮机构时，当使用位移传感器作为检测器件时，当微控制器U3收到上位机发送来的指令时，通过电机控制器U2控制电机运转，位移传感器15通过通信接口将位移距离实时传输给微控制器U2，微控制器U2解算后通过通信接口 U5反馈给上位机，上位机二次处理后以直观的方式实时反映给上位机。
[0027]尽管上面已经示出和描述了本发明的多个实施方式，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由各项权利要求及其等同范围限定。
【权利要求】
1.典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统，由固定结构部分，运动机构部分，电子控制电路部分和软件部分组成，其特征在于:固定结构部分由支撑架、调节旋钮、面板组成，支撑架与面板相连，支撑架用于调节面板与水平面之间的角度，支撑架上有安装调节旋钮的调节旋钮螺纹孔，通过调节旋钮在调节旋钮螺纹孔里的旋转来改变支撑架与地面接触点的高度进而改变面板与水平面之间的角度。
2.如权利要求1所述的典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统，其特征在于:面板上有大大小小，排列、形状各不相同的孔或槽，其位置、形状、大小由需要安装的运动机构决定。
3.如权利要求1所述的典型运动机构实物与运动参数实时同步交互系统，其特征在于:电子控制电路由微控制器、电机驱动模块、通信接口模块组成，微控制器通过协调运动机构与软件之间的数据与指令，达到上位机与下位机协调工作；电机驱动器用于驱动运动机构的电机，数据通信接口用于采集姿态传感器的数据，同时将采集来的数据处理后实时发送给上位机进行二次处理；软件用于将二次处理后的数据以图形、图表的形式直观展示给用户，同时将用户的指令及时发送给下位机，下位机将得到的指令用于控制运动机构作出相应的动作。
【文档编号】G05B19/042GK104199346SQ201410402598
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月16日 优先权日:2014年8月16日
【发明者】丁云广, 汲鹏举, 陈鸿, 于纪言 申请人:丁云广