一種直線電機(jī)倒立擺的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及倒立擺系統(tǒng)，特別涉及一種直線電機(jī)倒立擺系統(tǒng)。包括支撐座、導(dǎo)軌、直線電機(jī)、小車、角度編碼器、線性編碼器、擺桿和拖鏈。直線電機(jī)動(dòng)子直接安裝在小車上驅(qū)動(dòng)小車移動(dòng)，省去了中間的復(fù)雜機(jī)構(gòu)和干擾，使控制更精確，倒立擺的最大行程可根據(jù)需要變化導(dǎo)軌的長(zhǎng)度。底座和擺桿以及擺桿和擺桿之間均有固定連接機(jī)構(gòu)，保證擺動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)固性。拖鏈為中空形式，通過(guò)鉸鏈連接組成，材料為塑料，具有很好的柔性且對(duì)內(nèi)置的線具有很好的保護(hù)作用。支撐座的兩端安裝有塑膠材料的防撞裝置，小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與支撐座發(fā)生碰撞時(shí)，起到緩沖作用。將直線電機(jī)倒立擺系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可拆卸的組件，提高了有效利用率。
【專利說(shuō)明】
一種直線電機(jī)倒立擺
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于自動(dòng)控制技術(shù)的科研與教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域，具體涉及一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的倒立擺。
【背景技術(shù)】
[0002]在動(dòng)力學(xué)和控制領(lǐng)域倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)裝置，是檢驗(yàn)控制方法有效的平臺(tái)，由于倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)典型的快速、多變量、非線性、強(qiáng)耦合、自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，而且由于它在控制過(guò)程中，能有效反映諸如鎮(zhèn)定性、魯棒性、隨動(dòng)性以及跟蹤等許多關(guān)鍵問(wèn)題，因此人們常常利用倒立擺檢驗(yàn)各種控制算法對(duì)不穩(wěn)定性、非線性和快速系統(tǒng)的控制能力，以及各種控制算法的有效性。而多級(jí)擺控制是控制領(lǐng)域研究的難點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)的倒立擺系統(tǒng)基本上是采用旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩或皮帶等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌上的小車運(yùn)動(dòng)，以控制倒立擺倒立平衡。因傳動(dòng)過(guò)程中會(huì)有摩擦和間隙，而柔性帶傳動(dòng)會(huì)有帶的振動(dòng)、伸縮以及延遲，使控制系統(tǒng)中混雜有較大的噪聲和高頻干擾。由于這些干擾，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，并且影響控制算法的驗(yàn)證和不同算法間的評(píng)估。因此旋轉(zhuǎn)電機(jī)對(duì)倒立擺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)沒(méi)有益處。同時(shí)，傳統(tǒng)倒立擺的驅(qū)動(dòng)方式?jīng)Q定了系統(tǒng)的速度和加速度都比較低，無(wú)法適應(yīng)高響應(yīng)速度的控制實(shí)驗(yàn)。
[0004]目前，已有關(guān)于直線電機(jī)倒立擺的研究，例如一種直線電機(jī)倒立擺采用直線電機(jī)和其他組件來(lái)組成直線電機(jī)倒立擺。但是，其中的直線電機(jī)和各組件以及各組件之間的具體連接方式和不同工作狀態(tài)下各組件的位置姿態(tài)情況沒(méi)有詳細(xì)表述。
[0005]倒立擺系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，可完成各種復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，正因?yàn)槠鋸?fù)雜，傳統(tǒng)上二級(jí)及二級(jí)以上倒立擺多為演示性實(shí)驗(yàn)，其有效利用率很低。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為解決現(xiàn)有倒立擺系統(tǒng)中存在的缺陷，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種新型的直線電機(jī)倒立擺。
[0007]—種直線電機(jī)倒立擺包括一對(duì)支撐座1、導(dǎo)軌2、直線電機(jī)、小車5、角度編碼器、線性編碼器7、擺桿和拖鏈15;其中角度編碼器和擺桿構(gòu)成擺桿機(jī)構(gòu)；
[0008]所述導(dǎo)軌2為U形槽鋼狀，兩端分別固定在一對(duì)支撐座I上，且導(dǎo)軌2的槽口位于垂直方向的一側(cè);所述小車5為倒U形塊狀，小車5跨設(shè)在導(dǎo)軌2上，第一角度編碼器6通過(guò)底座8固定設(shè)于小車5的頂部，擺桿的一端連接著第一角度編碼器6;
[0009]直線電機(jī)定子3均布在導(dǎo)軌2的槽口內(nèi)上下兩側(cè)的水平內(nèi)壁上，直線電機(jī)動(dòng)子4的一端固定設(shè)于小車5的一側(cè)直立內(nèi)壁上，直線電機(jī)動(dòng)子4的另一端配合位于導(dǎo)軌2的槽口內(nèi)，且與直線電機(jī)定子3相對(duì)應(yīng)；
[0010]小車5的另一側(cè)直立內(nèi)壁上設(shè)有線性編碼器7，導(dǎo)軌2槽口對(duì)應(yīng)的垂直方向的另一側(cè)外部設(shè)有磁柵22，磁柵22和線性編碼器7相對(duì)應(yīng)；
[0011]所述拖鏈15的一端固定連接著小車5。
[0012]進(jìn)一步限定的技術(shù)方案如下:
[0013]所述直線電機(jī)為無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)。
[0014]所述擺桿機(jī)構(gòu)為一級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)，包括第一角度編碼器6、第一連接機(jī)構(gòu)和第一擺桿91，第一擺桿91的長(zhǎng)度為0.14?0.2m;
[0015]所述第一連接機(jī)構(gòu)由第一環(huán)形支座10和第一連接軸11組成，第一連接軸11呈水平狀插裝在第一環(huán)形支座10的支座孔內(nèi)，第一連接軸11的一端固定連接著第一角度編碼器6的輸出軸，另一端固定連接著第一擺桿91的一端。
[0016]所述擺桿機(jī)構(gòu)為二級(jí)擺桿機(jī)構(gòu);包括第一角度編碼器6、第二角度編碼器12、第一連接機(jī)構(gòu)、第二連接機(jī)構(gòu)、第一擺桿91和第二擺桿92，第一擺桿91的長(zhǎng)度為0.14?0.2m，第一擺桿91和第二擺桿92的長(zhǎng)度比為1.7;
[0017]所述第一連接機(jī)構(gòu)由第一環(huán)形支座10和第一連接軸11組成，第一連接軸11呈水平狀插裝在第一環(huán)形支座10的支座孔內(nèi)，第一連接軸11的一端固定連接著第一角度編碼器6的輸出軸，另一端固定連接著第二擺桿92的一端；
[0018]所述第二連接機(jī)構(gòu)由第二環(huán)形支座13和第二連接軸14組成，第二連接軸14呈水平狀插裝在第二環(huán)形支座13的支座孔內(nèi)，第二連接軸14的一端固定連接著第二角度編碼器12的輸出軸，另一端固定連接著第一擺桿91的一端；
[0019]第二環(huán)形支座13的圓周處連接著第二擺桿92的另一端。
[0020]所述導(dǎo)軌2的頂部設(shè)有小導(dǎo)軌21，小導(dǎo)軌21長(zhǎng)度方向的兩側(cè)設(shè)有淺槽，與小導(dǎo)軌21對(duì)應(yīng)的小車5的內(nèi)側(cè)頂部設(shè)有槽鋼狀的固定板53，固定板53的槽口內(nèi)兩側(cè)面上分別設(shè)有凸條；固定板53的槽口內(nèi)兩側(cè)面上的凸條和小導(dǎo)軌21上的淺槽相互配合，保證小車5沿導(dǎo)軌2
直線移動(dòng)。
[0021 ]所述拖鏈15的下方設(shè)有長(zhǎng)條狀的拖鏈盤16，所述拖鏈盤16的兩端分別固定在一對(duì)支撐座I上，拖鏈15的水平部分位于拖鏈盤16內(nèi)；
[0022]所述拖鏈15呈U形狀，是中空的，其內(nèi)用于放置電機(jī)線、霍爾線、磁柵線19，所述拖鏈15的材料為塑料，具有很好的柔性。
[0023]直線電機(jī)動(dòng)子4的一端通過(guò)U形支座51固定設(shè)于小車5的一側(cè)直立內(nèi)壁上，所述直線電機(jī)動(dòng)子4的一端為T形端，所述U形支座51上設(shè)有T形槽，直線電機(jī)動(dòng)子4的T形端和U形支座51的T形槽配合連接。
[0024]所述線性編碼器7通過(guò)支板52固定設(shè)于小車5的另一側(cè)直立內(nèi)壁上。
[0025]所述拖鏈15的一端通過(guò)L形的連接板17固定連接著小車5直線運(yùn)行方向的一端。
[0026]與小車5對(duì)應(yīng)的一對(duì)支撐座I的內(nèi)側(cè)分別安裝有防撞塊18，防撞塊18的材料為橡膠。
[0027]本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面:
[0028](I)本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)裝置采用無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)，有效克服了傳統(tǒng)倒立擺因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)而引入的間隙、摩擦、延遲、噪聲等干擾。而且可根據(jù)直線電機(jī)倒立擺的行程需求變化導(dǎo)軌的長(zhǎng)度，最大行程是不受限制的。
[0029](2)本實(shí)用新型中直線電機(jī)定子安裝在U形槽鋼狀直線導(dǎo)軌內(nèi)上下兩側(cè)的水平內(nèi)壁上，直線電機(jī)動(dòng)子安裝在移動(dòng)的小車上，且安裝在小車上的線性編碼器與直線導(dǎo)軌背側(cè)的磁柵進(jìn)行配合，可以精確檢測(cè)到小車的位移信號(hào)。
[0030](3)本實(shí)用新型中第一連接機(jī)構(gòu)通過(guò)底座固定在小車上，擺桿通過(guò)第一連接軸、第一環(huán)形支座與第一角度編碼器連接，使得連接部分更加緊固，防止擺動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生移動(dòng)。
[0031](4)本實(shí)用新型中第一擺桿和第二擺桿通過(guò)第二連接軸、第二環(huán)形支座與第二角度編碼器連接，使得連接部分緊湊，減小空間。
[0032](5)本實(shí)用新型中固定安裝有中空形式的鉸鏈連接組成的拖鏈，材料為塑料，使其具有很好的柔性，且能很好地保護(hù)拖鏈中放置的電機(jī)線、霍爾線、磁柵線，防止在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中這些線對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)造成干涉和影響。
[0033](6)本實(shí)用新型中支撐座的兩端安裝有塑膠材料的防撞裝置，防止小車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與支撐座直接碰撞，起到緩沖作用，保護(hù)支撐座和小車。
[0034](7)本實(shí)用新型將直線電機(jī)倒立擺設(shè)計(jì)成可拆卸的組件，裝有一級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)即為一級(jí)倒立擺，裝有二級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)即為二級(jí)倒立擺，卸下擺桿機(jī)構(gòu)即為通用的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在這一層次上，可完成各種基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)各種控制器和修改控制參數(shù)，可為廣大學(xué)生使用，而不單單是簡(jiǎn)單的演示性實(shí)驗(yàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0035]圖1為本實(shí)用新型直線電機(jī)倒立擺的一級(jí)擺在擺起平衡狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖2為本實(shí)用新型直線電機(jī)倒立擺中直線電機(jī)的裝配圖；
[0037]圖3為圖2的剖視圖；
[0038]圖4為本實(shí)用新型直線電機(jī)倒立擺中第一擺桿與第一角度編碼器的裝配圖；
[0039]圖5為圖4的剖視圖；
[0040]圖6為小車與拖鏈的裝配示意圖；
[0041]圖7為本實(shí)用新型直線電機(jī)倒立擺的一級(jí)擺在自由狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖8為本實(shí)用新型直線電機(jī)倒立擺的一級(jí)擺在起擺過(guò)程中擺桿呈水平狀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖9為本實(shí)用新型直線電機(jī)倒立擺的一級(jí)擺在起擺過(guò)程中擺桿呈斜狀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖10為本實(shí)用新型直線電機(jī)倒立擺的二級(jí)擺在擺起平衡狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖11為圖10中第一擺桿、第二擺桿與第二角度編碼器的裝配示意圖；
[0046]圖12為圖11的剖視圖；
[0047]圖13為本實(shí)用新型直線電機(jī)倒立擺的二級(jí)擺在自由狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048]上圖中序號(hào):支撐座I，導(dǎo)軌2，小導(dǎo)軌21，磁柵22，直線電機(jī)定子3，直線電機(jī)動(dòng)子4，小車5，U形支座51，支板52，固定板53，第一角度編碼器6，第一角度編碼器輸出線61，線性編碼器7，底座8，擺桿9，第一擺桿91，第二擺桿92，第一環(huán)形支座10，第一連接軸11，第二角度編碼器12，第二角度編碼器輸出線121，第二環(huán)形支座13，第二連接軸14，拖鏈15，拖鏈盤16，連接板17，防撞塊18，電機(jī)線、霍爾線、磁柵線19。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0050]實(shí)施例1[0051 ] 參見(jiàn)圖1，一種直線電機(jī)倒立擺包括一對(duì)支撐座1、導(dǎo)軌2、直線電機(jī)、小車5、第一角度編碼器6、線性編碼器7、第一擺桿91、第一連接機(jī)構(gòu)和拖鏈15;其中，直線電機(jī)為無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)，第一角度編碼器6、第一連接機(jī)構(gòu)和第一擺桿91構(gòu)成一級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)。第一擺桿91的長(zhǎng)度為0.17m。
[0052]參見(jiàn)圖2和圖3，導(dǎo)軌2為U形槽鋼狀，兩端分別固定在一對(duì)支撐座I上，且導(dǎo)軌2的槽口位于垂直方向的一側(cè)。小車5為倒U形塊狀，小車5跨裝在導(dǎo)軌2上，第一角度編碼器6通過(guò)底座8固定安裝于小車5的頂部，擺桿的一端連接著第一角度編碼器6。
[0053]參見(jiàn)圖3，導(dǎo)軌2的頂部安裝有小導(dǎo)軌21，小導(dǎo)軌21長(zhǎng)度方向的兩側(cè)開(kāi)設(shè)有淺槽，與小導(dǎo)軌21對(duì)應(yīng)的小車5的內(nèi)側(cè)頂部安裝有槽鋼狀的固定板53，固定板53的槽口內(nèi)兩側(cè)面上分別設(shè)有凸條；固定板53的槽口內(nèi)兩側(cè)面上的凸條和小導(dǎo)軌21上的淺槽相互配合，保證小車5沿導(dǎo)軌2直線移動(dòng)。
[0054]參見(jiàn)圖2，直線電機(jī)定子3均布在導(dǎo)軌2的槽口內(nèi)上下兩側(cè)的水平內(nèi)壁上。直線電機(jī)動(dòng)子4的一端通過(guò)U形支座51固定安裝于小車5的一側(cè)直立內(nèi)壁上，參見(jiàn)圖3，直線電機(jī)動(dòng)子4的一端為T形端，U形支座51上開(kāi)設(shè)有T形槽，直線電機(jī)動(dòng)子4的T形端和U形支座51的T形槽配合連接。直線電機(jī)動(dòng)子4的另一端配合位于導(dǎo)軌2的槽口內(nèi)，且與直線電機(jī)定子3相對(duì)應(yīng)。
[0055]由圖3可見(jiàn)，小車5的另一側(cè)直立內(nèi)壁上通過(guò)支板52安裝有線性編碼器7，導(dǎo)軌2槽口對(duì)應(yīng)的垂直方向的另一側(cè)外部安裝有磁柵22，磁柵22和線性編碼器7相對(duì)應(yīng)；
[0056]參見(jiàn)圖8和圖6，拖鏈15呈U形狀，是中空的，其內(nèi)用于放置電機(jī)線、霍爾線和磁柵線19，拖鏈15的材料為塑料，具有很好的柔性;拖鏈15對(duì)放置在內(nèi)的電機(jī)線、霍爾線和磁柵線19具有保護(hù)作用。拖鏈15的一端通過(guò)L形的連接板17固定連接著小車5直線運(yùn)行方向的一端。拖鏈15的下方安裝有長(zhǎng)條狀的拖鏈盤16，拖鏈盤16的兩端分別固定在一對(duì)支撐座I上，拖鏈15的水平部分位于拖鏈盤16內(nèi)。
[0057]由圖4和圖5可見(jiàn)，一級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)包括第一角度編碼器6、第一連接機(jī)構(gòu)和第一擺桿91，第一擺桿91的長(zhǎng)度為0.17m。第一連接機(jī)構(gòu)由第一環(huán)形支座10和第一連接軸11組成，第一連接軸11呈水平狀插裝在第一環(huán)形支座10的支座孔內(nèi)，第一連接軸11的一端固定連接著第一角度編碼器6的輸出軸，另一端固定連接著第一擺桿91的一端。
[0058]由圖1可見(jiàn)，與小車5對(duì)應(yīng)的一對(duì)支撐座I的內(nèi)側(cè)分別安裝有防撞塊18，防撞塊18的材料為橡膠。
[0059]一級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)的工作原理說(shuō)明如下:
[0060]參見(jiàn)圖7，為直線電機(jī)倒立擺的一級(jí)擺在自由狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖。一級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)起擺的過(guò)程，在起擺過(guò)程中的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖8、9所示，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車來(lái)回移動(dòng)，帶動(dòng)擺桿來(lái)回?cái)[動(dòng)，并帶動(dòng)拖鏈15在拖鏈盤16中來(lái)回移動(dòng)，保證不干擾其他組件的正常運(yùn)行，擺桿到達(dá)平衡位置附近的一定范圍時(shí)，即可通過(guò)控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)擺桿在平衡位置附近擺動(dòng)，平衡狀態(tài)示意圖參見(jiàn)圖1。
[0061]在起擺和平衡過(guò)程中可以通過(guò)第一角度編碼器6檢測(cè)到角度信號(hào)，并通過(guò)第一角度編碼器輸出線61輸出角度信號(hào)，通過(guò)線性編碼器7檢測(cè)到位移信號(hào)，并通過(guò)磁柵線輸出位移信號(hào)。
[0062]實(shí)施例2
[0063]參見(jiàn)圖10和圖13，一種直線電機(jī)倒立擺包括一對(duì)支撐座1、導(dǎo)軌2、直線電機(jī)、小車5、第一角度編碼器6、線性編碼器7、第二角度編碼器12、第一擺桿91、第二擺桿92、第一連接機(jī)構(gòu)、第二連接機(jī)構(gòu)和拖鏈15。第一角度編碼器6、第二角度編碼器12、第一連接機(jī)構(gòu)、第二連接機(jī)構(gòu)、第一擺桿91和第二擺桿92構(gòu)成二級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)。第一擺桿91的長(zhǎng)度為0.17m，第二擺桿92的長(zhǎng)度為0.1m。
[0064]由圖11和圖12可見(jiàn)，第一連接機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1，第一連接軸11的一端固定連接著第一角度編碼器6的輸出軸，另一端固定連接著第二擺桿92的一端。第二連接機(jī)構(gòu)由第二環(huán)形支座13和第二連接軸14組成，第二連接軸14呈水平狀插裝在第二環(huán)形支座13的支座孔內(nèi)，第二連接軸14的一端固定連接著第二角度編碼器12的輸出軸，另一端固定連接著第一擺桿91的一端;第二環(huán)形支座13的圓周處連接著第二擺桿92的另一端。
[0065]二級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)的工作原理說(shuō)明如下:
[0066]參見(jiàn)圖11，所述第二角度編碼器12，第二環(huán)形支座13，第二連接軸14與第二擺桿92的連接可以作為一個(gè)整體部件，平時(shí)不進(jìn)行拆卸，只在進(jìn)行更換新零件時(shí)進(jìn)行拆卸。
[0067]由一級(jí)倒立擺改成二級(jí)倒立擺時(shí)將第一擺桿91取下，將該整體部件中第二擺桿92的另一端與第一連接軸11的一端連接，并將該整體部件中第二連接軸14的一端與第一擺桿91的一端相連。
[0068]二級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中，首先手動(dòng)將擺桿扶起到平衡位置附近，此時(shí)打開(kāi)直線電機(jī)開(kāi)關(guān)，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車來(lái)回移動(dòng)，保證擺桿平衡位置附近擺動(dòng)，平衡狀態(tài)示意圖參見(jiàn)圖10。
[0069]本實(shí)用新型的直線電機(jī)倒立擺為可拆卸的組件，裝有一級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)即為一級(jí)倒立擺，裝有二級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)即為二級(jí)倒立擺，卸下擺桿機(jī)構(gòu)即為通用的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在這一層次上，可完成各種基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)各種控制器和修改控制參數(shù)，可為廣大學(xué)生使用，而不單單是簡(jiǎn)單的演示性實(shí)驗(yàn)。
[0070]直線電機(jī)倒立擺可以安裝最多四個(gè)擺桿組件，上端擺桿組件之間的連接方式與二級(jí)倒立擺中第一擺桿91與第二擺桿92的連接方式一致。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直線電機(jī)倒立擺，其特征在于: 包括一對(duì)支撐座(I)、導(dǎo)軌(2)、直線電機(jī)、小車(5)、角度編碼器、線性編碼器(7)、擺桿和拖鏈(15);其中角度編碼器和擺桿構(gòu)成擺桿機(jī)構(gòu)； 所述導(dǎo)軌(2)為U形槽鋼狀，兩端分別固定在一對(duì)支撐座(I)上，且導(dǎo)軌(2)的槽口位于垂直方向的一側(cè);所述小車(5)為倒U形塊狀，小車(5)跨設(shè)在導(dǎo)軌(2)上，第一角度編碼器(6)通過(guò)底座(8)固定設(shè)于小車(5)的頂部，擺桿的一端連接著第一角度編碼器(6); 直線電機(jī)定子(3)均布在導(dǎo)軌(2)的槽口內(nèi)上下兩側(cè)的水平內(nèi)壁上，直線電機(jī)動(dòng)子(4)的一端固定設(shè)于小車(5)的一側(cè)直立內(nèi)壁上，直線電機(jī)動(dòng)子(4)的另一端配合位于導(dǎo)軌(2)的槽口內(nèi)，且與直線電機(jī)定子(3)相對(duì)應(yīng)； 小車(5)的另一側(cè)直立內(nèi)壁上設(shè)有線性編碼器(7)，導(dǎo)軌(2)槽口對(duì)應(yīng)的垂直方向的另一側(cè)外部設(shè)有磁柵(22)，磁柵(22)和線性編碼器(7)相對(duì)應(yīng)； 所述拖鏈(15 )的一端固定連接著小車(5 )。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)倒立擺，其特征在于:所述直線電機(jī)為無(wú)鐵芯永磁同步直線電機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)倒立擺，其特征在于: 所述擺桿機(jī)構(gòu)為一級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)，包括第一角度編碼器(6)、第一連接機(jī)構(gòu)和第一擺桿(91)，第一擺桿(91)的長(zhǎng)度為0.14?0.2m; 所述第一連接機(jī)構(gòu)由第一環(huán)形支座(10)和第一連接軸(11)組成，第一連接軸(11)呈水平狀插裝在第一環(huán)形支座(10)的支座孔內(nèi)，第一連接軸(11)的一端固定連接著第一角度編碼器(6 )的輸出軸，另一端固定連接著第一擺桿(91)的一端。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)倒立擺，其特征在于: 所述擺桿機(jī)構(gòu)為二級(jí)擺桿機(jī)構(gòu)；包括第一角度編碼器(6)、第二角度編碼器(12)、第一連接機(jī)構(gòu)、第二連接機(jī)構(gòu)、第一擺桿(91)和第二擺桿(92)，第一擺桿(91)的長(zhǎng)度為0.14?0.2m，第一擺桿(91)和第二擺桿(92)的長(zhǎng)度比為1.7; 所述第一連接機(jī)構(gòu)由第一環(huán)形支座(10)和第一連接軸(11)組成，第一連接軸(11)呈水平狀插裝在第一環(huán)形支座(10)的支座孔內(nèi)，第一連接軸(11)的一端固定連接著第一角度編碼器(6)的輸出軸，另一端固定連接著第二擺桿(92)的一端； 所述第二連接機(jī)構(gòu)由第二環(huán)形支座(13)和第二連接軸(14)組成，第二連接軸(14)呈水平狀插裝在第二環(huán)形支座(13)的支座孔內(nèi)，第二連接軸(14)的一端固定連接著第二角度編碼器(12)的輸出軸，另一端固定連接著第一擺桿(91)的一端； 第二環(huán)形支座(13)的圓周處連接著第二擺桿(92)的另一端。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)倒立擺，其特征在于: 所述導(dǎo)軌(2)的頂部設(shè)有小導(dǎo)軌(21)，小導(dǎo)軌(21)長(zhǎng)度方向的兩側(cè)設(shè)有淺槽，與小導(dǎo)軌(21)對(duì)應(yīng)的小車(5)的內(nèi)側(cè)頂部設(shè)有槽鋼狀的固定板(53)，固定板(53)的槽口內(nèi)兩側(cè)面上分別設(shè)有凸條；固定板(53)的槽口內(nèi)兩側(cè)面上的凸條和小導(dǎo)軌(21)上的淺槽相互配合，保證小車(5)沿導(dǎo)軌(2)直線移動(dòng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)倒立擺，其特征在于: 所述拖鏈(15 )的下方設(shè)有長(zhǎng)條狀的拖鏈盤(16)，所述拖鏈盤(16 )的兩端分別固定在一對(duì)支撐座(I)上，拖鏈(15 )的水平部分位于拖鏈盤(16 )內(nèi)； 所述拖鏈(15)呈U形狀，是中空的，其內(nèi)用于放置電機(jī)線、霍爾線、磁柵線(19)，所述拖鏈(15)的材料為塑料，具有很好的柔性。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)倒立擺，其特征在于: 直線電機(jī)動(dòng)子(4)的一端通過(guò)U形支座(51)固定設(shè)于小車(5)的一側(cè)直立內(nèi)壁上，所述直線電機(jī)動(dòng)子(4)的一端為T形端，所述U形支座(51)上設(shè)有T形槽，直線電機(jī)動(dòng)子(4)的T形端和U形支座(51)的T形槽配合連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)倒立擺，其特征在于: 所述線性編碼器(7)通過(guò)支板(52)固定設(shè)于小車(5)的另一側(cè)直立內(nèi)壁上。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)倒立擺，其特征在于: 所述拖鏈(15)的一端通過(guò)L形的連接板(17)固定連接著小車(5)直線運(yùn)行方向的一端。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)倒立擺，其特征在于:與小車(5)對(duì)應(yīng)的一對(duì)支撐座(I)的內(nèi)側(cè)分別安裝有防撞塊(18)，防撞塊(18)的材料為橡膠。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK205541616SQ201620165336
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年3月4日
【發(fā)明人】趙韓, 于蓉蓉, 甄圣超, 黃康, 孫國(guó)強(qiáng), 陳現(xiàn)敏, 邵可
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)智能制造技術(shù)研究院