一种数字化运动合成与分解实验器的制作方法

本技术涉及中学物理教学实验器材，具体涉及一种数字化运动合成与分解实验器。

背景技术：

1、在高中物理教学阶段中，运动的合成分解是非常重要的理论知识。但是学生在学习该理论过程中，往往缺乏直观的概念，难以将理论与实际联系到一起。尤其是涉及一些复杂运动情况时，其运动合成与分解更加抽象，学生往往难以理解。因此，能够直观展现整个运动全过程的运动合成与分解实验器就成为了日常教学中非常重要的实验器材。

2、现有的实验仪器，基本上是通过x向和y向的运动，合成为一条运动轨迹。这类仪器能够简单的展示整个运动过程，给学生一个直观印象。但是该类实验器材往往只能实现x，y向均为匀速运动的合成，功能比较单一。

3、少部分可以实现匀加速运动合成与分解的实验器材，一般采用伺机电机和丝杆驱动水平和垂直导轨完成运动的合成与分解，该类器材结构负杂，且对丝杆和导轨的水平度和垂直度要求较高，每次器材搭建和调试都非常耗时，因此往往价格高昂且使用复杂。同时该类仪器单次实验完成后，需要手工复位和重复搭建，一方面浪费了宝贵的上课时间，另一方面因为多次手工复位，实验器材会产生偏差和错位，受制于丝杆导轨传动的高精度要求，往往会导致器材无法流畅运行或卡顿，甚至是损坏，这就需要再次校准或维修，大大降低了实验器的实用价值同时提高了使用成本。

4、目前运动合成与分解相关实验器材，对于有关匀减速、往复周期运动的合成与分解目前还处于空白阶段。目前运动合成与分解相关实验器材，只能得到整个运动过程轨迹，无法对过程中某一瞬时状态进行补捉和定量分析。想要研究具体运动轨迹，时间和速度的相互关联关系，需要另外人工用表计时，手工测量长度，该操作难度极大，耗时较长，且误差较大。

5、本申请人的授权专利，专利名称为一种基于电磁定位原理的运动轨迹记录装置及使用方法，公开一种电磁板及信号球，通过电磁定位原理可实时检测和记录平面二维运动轨迹，应用于高中二维运动物理实验中，从而提高了测量精度，同时，可满足在同一实验室内同时进行多组实验互不干扰的需求，基于此本申请人开发了一种数字化运动合成与分解实验器。

技术实现思路

1、1.所要解决的技术问题：

2、针对上述技术问题，本实用新型提供一种数字化运动合成与分解实验器，采用电磁定位板技术能够实现对物体实现某一瞬时状态进行补捉和定量分析从而研究具体运动轨迹，时间和速度的相互关联关系。

3、2.技术方案：

4、一种数字化运动合成与分解实验器，其特征在于：包括方形的电磁定位板、固定在电磁定位板四周的方形外框支架、xy轴平面运动装置以及控制器；

5、所述xy轴平面运动装置包括x向运动组件、y向运动组件，信号源小球；所述x向运动组件固定于外框支架上边框的左端，包括方形外壳；方形外壳内部设置步进电机、同步轮及皮带；其步进电机的输出轴带动同步轮转动；同步轮带动其表面的皮带实现水平方向的传动，皮带穿过y向运动组件并带动y向运动组件实现水平方向的移动，皮带的另一端连接至外框支架上边框的右端的惰轮表面；

6、所述y向运动组件包括方形外壳和安装于外壳下端的立式支撑架；其外壳内部设置两个与x向运动组件的皮带啮合连接的齿压板、步进电机以及竖直方向传动的皮带；皮带位于立式支撑架的内端，其表面通过齿压板结构固定连接信号源小球，且信号源小球位于立式支撑架的外端；当皮带在竖直方向上传动时带动信号源小球在竖直方向运动；所述信号源小球包括电磁发射器，实验时电磁发射器发出电磁信号，电磁定位板能够捕捉该电磁信号并将捕捉的电磁信号传输至电脑端；

7、所述控制器通过信号线与xy轴平面运动装置相连接，所述控制器表面设置x和y向运动速度设定按键以及复位按键。

8、进一步地，所述y向运动组件还包括位于立式支撑架底部的底部滑轮，所述底部滑轮嵌入外框支架底边设置的支架槽中，能够沿着外框支架的底边滚动。

9、进一步地，所述x向运动组件的外壳、y向运动组件的外壳内均集成pcb板；每个pcb板均设置用于与电源相连的接口装置、与控制器实现通讯连接的接口装置。

10、进一步地，电磁定位板包括前面板、平面电磁传感器、电磁传感器配套pcb板；所述前面板正面设置用于观察运动轨迹的纵横网格；平面电磁传感器位于前面板内端能够感应信号源小球发出的电磁信号；所述传感器配套pcb板设置与电源相连的供电接口、连接移动设备以及信号源小球运动数据的数据接口。

11、进一步地，所述控制器采用无线通讯实现通讯。

12、3.有益效果：

13、（1）本实用新型中的xy轴平面运动装置均采用步进电机驱动同步轮转动并带动同步带转动的结构，整体结构简单，装配要求精度低，生产制造工艺简单，反复使用不易损坏。

14、（2）本实用新型能够通过遥控器设置和启动实验装置，使用便捷，操作简单。

15、（3）本实用新型中的控制器设置自动复位按键，重复演示无需二次搭建仪器，多次实验更加节约时间。

16、（4）本实验装置功能丰富，由于采用步进电机驱动同步轮转动并带动同步带转动的结构，不仅通过改变电机输出转速能够实现x轴向与y轴向的匀速，匀加速，匀减速运动的合成与分解，同时也可以通过电机正反转的调整，实现x轴向与y轴向周期运动的合成与分解。

17、（5）本实验装置不仅可以获得平面上的运动轨迹数据，还可以直接获得位移、速度和加速度的准确数据，方便在研究运动的合成与分解过程中进行定量分析。

技术特征：

1.一种数字化运动合成与分解实验器，其特征在于：包括方形的电磁定位板、固定在电磁定位板四周的方形外框支架、xy轴平面运动装置以及控制器；

2.根据权利要求1所述的一种数字化运动合成与分解实验器，其特征在于：所述y向运动组件还包括位于立式支撑架底部的底部滑轮，所述底部滑轮嵌入外框支架底边设置的支架槽中，能够沿着外框支架的底边滚动。

3.根据权利要求1所述的一种数字化运动合成与分解实验器，其特征在于：所述x向运动组件的外壳、y向运动组件的外壳内均集成pcb板；每个pcb板均设置用于与电源相连的接口装置、与控制器实现通讯连接的接口装置。

4.根据权利要求1所述的一种数字化运动合成与分解实验器，其特征在于：电磁定位板包括前面板、平面电磁传感器、电磁传感器配套pcb板；所述前面板正面设置用于观察运动轨迹的纵横网格；平面电磁传感器位于前面板内端能够感应信号源小球发出的电磁信号；所述传感器配套pcb板设置与电源相连的供电接口、连接移动设备以及信号源小球运动数据的数据接口。

5.根据权利要求1所述的一种数字化运动合成与分解实验器，其特征在于：所述控制器采用无线通讯实现通讯。

技术总结
本技术公开了一种数字化运动合成与分解实验器，包括方形的电磁定位板、固定在电磁定位板四周的方形外框支架、XY轴平面运动装置以及控制器；X向运动组件固定于外框支架上边框的左端，带动Y向运动组件实现水平方向的移动；Y向运动组件设置两个与X向运动组件的皮带啮合连接的齿压板、步进电机以及竖直方向传动的皮带；皮带位于立式支撑架的内端，其表面通过齿压板结构固定连接信号源小球，且信号源小球位于立式支撑架的外端；当皮带在竖直方向上传动时带动信号源小球在竖直方向运动；信号源小球实验时电磁发射器发出电磁信号，电磁定位板捕捉该电磁信号并将捕捉的电磁信号传输至电脑端。本技术直观准确并且能够回溯实验数据。

技术研发人员：王知非
受保护的技术使用者：江苏苏威尔科技有限公司
技术研发日：20211214
技术公布日：2024/1/12