一种起重机展示装置的制作方法

本发明涉及机械设备领域，尤其是一种起重机展示装置。

背景技术：

工业上或科教展览会上，为了向各界人士介绍工业生产系统，除了制作各种图片文字介绍资料外、也经常制作模型来介绍工业生产知识或普及科教知识。

起重机是常用的工业设备，制作大型工厂模型时，常需制作起重机模型。起重机运行机构多，有大车、小车、起升等机构，有的还有副小车、副起升、电缆卷筒、抓斗等机构和设备。因其运行机构多，多数工厂模型制作时，不考虑各机构的运行功能。或者只有个别机构能够运行，比方只有大车可以开动运行，其余的则无法开动运行。这大大压制了模型的展现能力。

此外，部分模型需要展示运行过程，这需要在模型中引入控制系统。起重机的控制系统通常包括位置传感器以及控制器，位置传感器通常采用编码器，控制器通常采用plc。编码器以及plc均难以小型化，无法应用在现有的模型上。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种起重机展示装置，通过采用光学检测装置以及电机实现了起重机模型的检测和控制，实现起重机模型的自动展示和手动展示。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种起重机展示装置，其包括起重机模型组件；所述起重机模型组件包括支撑框、主轨道、大梁、小车以及功能头；两个所述主轨道架设在所述支撑框的两个相对的侧板的顶部；所述大梁的两端各连接有一个大车组件，两个所述大车组件分别搭设在所述主轨道上；所述小车运行在所述大梁的轨道上；所述功能头悬吊在所述小车的卷扬机构上；所述大车组件、所述小车以及所述卷扬机构均由电机驱动，各所述电机均与控制器电性连接。

所述大梁包括两根大梁轨道以及两片端梁；两根所述大梁轨道平行设置，所述大梁轨道的两端分别与两片所述端梁连接；所述大梁轨道由截面不封闭的型材制成；所述型材为角钢、角铝、槽钢、工字钢中的一种；所述端梁由单块钢板制成。

两个所述大车组件分别安装在所述端梁上；所述大车组件包括主动轮、从动轮以及电机；所述主动轮与所述电机的输出轴直接连接，或所述主动轮通过减速机构与所述电机的输出轴连接，所述减速机构为齿轮、同步轮或链轮；所述从动轮为法兰边滚动轴承；所述主动轮以及所述从动轮均搭设在所述主轨道上；所述电机为步进电机。

所述小车的两侧各设置有两个车轮；所述小车设置在所述大梁的两根所述大梁轨道之间，所述小车两侧的车轮搭设在两根所述大梁轨道上；所述车轮分为主动轮以及从动轮；所述主动轮与所述电机的输出轴直接连接，或所述主动轮通过减速机构与所述电机的输出轴连接，所述减速机构为齿轮、同步轮或链轮；所述从动轮为法兰边滚动轴承；所述电机为步进电机；所述小车的框架由两片钢板制成；所述主动轮、从动轮、卷扬机、所述电机均安装在所述小车的框架上。

所述控制器为单片机；所述电机与所述控制器之间的线缆通过坦克链式电缆架进行布放。

还包括承载箱，所述起重机模型组件的所述支撑框架设在所述承载箱的顶板表面；所述承载箱的顶板为磨砂透明板；所述控制器设置在所述承载箱的内部，所述承载箱内部设置有摄像头，所述摄像头与所述控制器连接；所述功能头的侧面设置激光发射机构；所述激光发射机构用于向所述承载箱的所述顶板发射激光束，所述承载箱内的摄像头用于拍摄所述激光束在所述顶板上形成的光斑图像；所述控制器用于根据所述光斑图像检测所述功能头的位置。

所述摄像头的拍摄方向朝向所述顶板的下表面；所述摄像头的镜头覆盖有窄带滤光片；所述激光发射机构发出的激光的波长位于所述窄带滤光片的透光波段内。

所述激光发射机构包括垂直激光器以及倾斜激光器；所述垂直激光器发出的光束与所述顶板垂直；所述倾斜激光器发出的光束与所述垂直激光器发出的光束之间的夹角为10°至30°。

所述垂直激光束以及所述倾斜激光束分别与所述控制器电性连接。

所述控制器用于根据所述倾斜激光束以及所述垂直激光束在所述顶板上形成的光斑之间的距离计算所述功能头与所述顶板之间的距离；所述倾斜激光器的数目大于一，各所述倾斜激光器设置在所述垂直激光器周围。

本发明的优点是：通过激光发射机构、磨砂且透明的顶板以及摄像头可以精确地检测功能头、大梁以及小车的位置，可以避免在起重机模型组件中安装复杂的位置检测装置，降低了起重机模型组件的复杂度，使得模型组件的制作过程中可以把还原度作为首要目标；能自动展示或手动展示，可应用于教育、展览等各种使用场合之中。

附图说明

图1为起重机展示装置的俯视图；

图2为起重机展示装置的侧视图；

图3为起重机展示装置的控制系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-3所示，图中标记1-27分别表示为：承载箱1、起重机模型组件2、顶板3、支撑框4、主轨道5、大梁6、小车7、功能头8、大车组件9、大梁轨道10、端梁11、主动轮12、从动轮13、减速机构14、电机15、车轮16、减速机构17、电机18、卷扬机19、电机20、控制器21、激光发射机构22、摄像头23、垂直激光器24、倾斜激光器25、光束26、光束27。

实施例1：如图1、2所示，本实施例具体涉及一种起重机展示装置，其包括起重机模型组件2。起重机模型组件2包括支撑框4、主轨道5、大梁6、小车7以及功能头8。本实施例中，功能头8为抓斗或吊具等吊运装置。

支撑框4由四个竖板围合形成的矩形框，本实施例中支撑框4由透明的亚克力板制成。支撑框4围合形成的区域为起重机模型的运行区域。

两个主轨道5安装在支撑框4的两个相对的侧板的顶部边沿。两个主轨道5位于同一高度，且相互平行。主轨道5与顶板3平行。主轨道5用于支撑大梁6。

大梁6的两端分别设置有一个大车组件9；大车组件9的车轮搭设在主轨道5上。大梁6包括两根大梁轨道10以及两片端梁11；两根大梁轨道10平行设置，大梁轨道10的两端分别与两片端梁11连接。

现有技术中，起重机的大梁使用箱型梁制成，大车驱动装置放置在箱型梁内，然而本实施例中，由于尺寸缩小的原因，无法将大车驱动装置放置在箱型梁内，除非大幅增加箱型梁的尺寸，但是这样会使得起重机模型组件的比例不协调。为了解决上述问题，本实施例的大梁轨道10采用角钢、角铝、槽钢等截面不封闭的型材制成。端梁11呈片状，由单块钢板制成，端梁11可起到限位作用。

两个大车组件9分别安装在大梁6的端梁11上，大车组件9的车轮包括一个主动轮12以及一个从动轮13。

现有技术中，起重机的大车和小车通常采用箱式减速机作为传动手段，然而箱式减速机对制作要求精度过高，难以应用在本实施例的起重机模型组件中。本实施例中，主动轮12通过减速机构14与电机15的输出轴连接。减速机构14为齿轮、同步轮或链轮；或者主动轮12与电机15的输出轴直接连接。从动轮13为法兰边滚动轴承，从动轮13的法兰边缘可以起到限位作用。两个大车组件9的电机15可同步运行，带动大梁6水平移动。

小车7运行在大梁6的轨道上；小车7的两侧各设置有两个车轮16。现有起重机中小车的结构过于复杂，本实施例中将小车的框架简化为两片钢板，小车的各组件安装在钢板上。小车设置在大梁6的两根大梁轨道10之间，小车7两侧的车轮16分别搭设在两根大梁轨道10的上部。四个车轮16中两个为主动轮，其他两个为从动轮；主动轮通过减速机构17与电机18的输出轴连接；或者主动轮与电机18的输出轴直接连接。减速机构17为齿轮、同步轮或链轮；小车7的从动轮为法兰边滚动轴承。

小车7上设置有卷扬机19，功能头8通过绳索悬吊在卷扬机19的下方。本实施例中，卷扬机19也由电机20进行驱动。通过电机20驱动卷扬机19，可以提升或下放功能头8，从而控制功能头8的高度。

本实施例中，大车组件9的电机15、小车7的电机18以及卷扬机19的电机20均与控制器21电性连接。现有技术中，起重机通常采用直流马达或者异步马达不仅体积大，还需采用复杂的控制系统以及位置传感器，直接采用上述电机难以达到良好的调速效果。因此本实施例中的各电机均为步进电机。通过采用步进电机驱动起重机模型组件的各个机构，可以省去编码器以及各电极的驱动机构，在保证速度反馈以及位置检测的情况下，有效地降低了电机控制系统的复杂度。

本实施例中，各个电机均与控制器电性连接。本实施例中，连接在电机以及控制器之间的电缆通过坦克链式电缆架（图中未示出）布放。采用单片机作为控制器，可以避免了现有起重机采用的plc体积过大的问题。

实施例2：如图1至3所示，本实施例与实施例1的主要区别在于本实施例还包括承载箱1。起重机模型组件2设置在承载箱1的顶板3的上表面。起重机模型组件2的支撑框4架设在顶板3的上表面。

如图1至3所示，本实施例中，功能头8的侧面设置激光发射机构22；激光发射机构22用于向承载箱1的顶板3发射激光束。本实施例中，承载箱1的顶板3为亚克力材质的磨砂透明板，激光束照射在承载箱1的表面后，经过磨砂表面散射后形成光斑。承载箱1内的设置有摄像头23，摄像头23用于拍摄激光束在顶板3上形成的光斑图像。摄像头23与控制器21连接，控制器21可根据光斑图像识别功能头的位置及高度。

具体的，本实施例中，摄像头23的拍摄方向朝向顶板3的下表面；摄像头23的镜头覆盖有窄带滤光片；激光发射机构22发出的激光的波长位于窄带滤光片的透光波段内。窄带滤光片可以避免环境光影响光斑图像的质量。

本实施例中，激光发射机构22包括垂直激光器24以及两个个倾斜激光器25，两个倾斜激光器25对称分布在垂直激光器24的周围。垂直激光器24发出的光束26竖直向下，且与顶板3垂直。倾斜激光器25发出的光束27与垂直激光器24发出的光束之间的夹角α为30°。倾斜激光器25发出的光束27与顶板3之间的夹角为60°。

激光发射机构22的垂直激光器24发出的光束26与倾斜激光器25发出的光束27均可在顶板3上形成光斑。垂直激光器24以及倾斜激光器25在顶板3上形成的光斑距离与功能头8和顶板3之间的垂直距离呈线性关系。控制器21根据垂直激光器24形成的光斑判断功能头8判断功能头8的水平位置，并通过垂直激光器24以及倾斜激光器25在顶板3上形成的光斑距离计算功能头8与顶板3之间的距离。

为了区分垂直激光器24与倾斜激光器25形成的光斑，控制器21分别与垂直激光器24以及各倾斜激光器25电性连接。控制器21可以控制垂直激光器24以及倾斜激光器25。通过开关各激光机，控制器21可以分辨各激光器在顶板3形成的光斑图像。

控制器21在控制起重机模型组件2运行的过程中，可按照预定程序对控制大梁6、小车7以及卷扬机19按照预定程序运行。由于采用闭环控制，控制器21可以及时消除控制误差，使得起重机模型组件2可以长时间自主运行。控制器21还可通过遥控器（图中未示出）进行远程控制。

本实施例，通过激光发射机构22、磨砂且透明的顶板3以及摄像头23可以精确地检测功能头8、大梁6以及小车7的位置，避免了在起重机模型组件2中安装复杂的位置检测装置，降低了起重机模型组件2的复杂度，使得模型组件的制作过程中可以把还原度作为首要目标。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。