[实用新型]一种双自由度平面五杆机构演示仪

说明书

技术领域

本实用新型属于并联式机构，尤其是涉及一种双自由度平面五杆机构演示仪。

背景技术

并联式机构是一种较为新型的机构，其优点是可以改善串联式机构的很难突破的某些根本限制，是串联机构的补充和拓展。尽管并联机构的研究已有80年的历史了，但早期研究则主要集中在六自由度的研究上，直到上世纪80年代，学者才开始研究少自由度并联机构，并提出了一些新型并联机构的构型，使得并联机构市场化程度得以加大。由此可见，并联机构的研发还处于起步阶段，其研究价值较高。而在平面并联机构的教学中，双自由度平面五杆机构是最为基本的一种并联机构，是并联机构教学的基础，但由于双自由度平面五杆机构的分析较为复杂，而市场上相应的动态演示教具又十分匮乏，导致教师在此类机构的教学中，只能通过单纯的讲解和影像资料来阐述该机构的运动轨迹与运动形式，这样学生不仅较难理解，还影响了他们学习的积极性与创造性。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种架构轻便、可自由编程、可操作性和可拓展性强的双自由度平面五杆机构演示仪。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种双自由度平面五杆机构演示仪，包括机架底座、控制机构、写字板、用于固定涂画工具的五杆机构、用于驱动五杆机构动作的驱动机构及用于升降五杆机构的抬升机构，所述的控制机构分别与驱动机构和抬升机构连接，所述的写字板设置在机架底座上，所述的驱动机构包括驱动舵机和驱动舵机支架，所述的驱动舵机固定在驱动舵机支架上，并与五杆机构传动连接，所述的驱动舵机支架与机架底座铰接，所述的抬升机构设置在机架底座上，并通过与驱动机构传动连接，带动驱动机构摆动，控制五杆机构的升降。

作为优选的技术方案，所述的驱动舵机设有两个，并列设置在驱动舵机支架上，所述的五杆机构包括依次铰接的第一原动连杆、第一从动连杆、第二从动连杆及第二原动连杆，第一原动连杆和第二原动连杆的自由端分别与两个驱动舵机的输出轴连接，第一从动连杆或第二从动连杆在第一从动连杆和第二从动连杆的连接处向外延伸，形成延伸部，所述的延伸部上设有用于固定涂画工具的固定器。

作为优选的技术方案，所述的固定器为用于与涂画工具通过过盈连接的插孔。

作为优选的技术方案，所述的抬升机构包括抬升舵机、抬升舵机摇臂和抬升连杆，所述的抬升舵机摇臂的一端设置在升降舵机的驱动轴上，并在升降舵机的驱动下摆动，抬升舵机摇臂的另一端、抬升连杆及驱动舵机支架依次铰接连接。

作为优选的技术方案，所述的控制机构包括单片机和舵机驱动板，所述的单片机与舵机驱动板通过串口线连接，所述的驱动机构和抬升机构与舵机驱动板连接。

作为优选的技术方案，该演示仪还包括擦除机构，所述的擦除机构包括擦头和插头夹，所述的插头夹设置在机架底座上，所述的擦头可拆卸的设置在插头夹中，并且擦头与写字板接触连接，擦头上设有用于使涂画工具插入并拖动擦头在写字板上移动的孔洞。

作为优选的技术方案，所述的擦头夹呈半圆弧状，位于写字板的一角，所述的擦头为与擦头夹内侧面相匹配的圆柱形擦头。

本实用新型通过控制机构控制驱动机构和抬升机构动作，使固定在五杆机构上的涂画工具在写字板上绘制轨迹，需要擦除涂画工具绘制的轨迹时，抬升机构带动驱动机构摆动，从而抬升五杆机构，使涂画工具离开写字板，驱动机构驱动五杆机构动作，使涂画工具移动至擦头上方，抬升机构驱动涂画工具降下，涂画工具插入所述的孔洞，在驱动机构的驱动下，涂画工具拖动擦头脱离擦头夹，并将涂画工具绘制的轨迹擦除，擦除完毕后，通过驱动机构和抬升机构将擦头归位。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)双自由度教具：本实用新型主要应用于高校的连杆机构及并联机构的教学中，丰富了原有的连杆教学用具类型。学生可以通过它形象的了解学习双自由度五杆机构的轨迹特性，运动范围等相关知识。

(2)可拓展性强：本实用新型不仅仅只适用于连杆机构和并联机构的教学，而且亦可作为机电传动和机电控制，机械原理等学科的教学用具，具有很强的可拓展性。

(3)自由编程可操作性强：本实用新型可以自由编程。学生可以自己动手组装，编写他们自己预设轨迹的程序有利于激发学生的创造力和兴趣，让学生在挥洒自己创意的实践中学会双自由度五连杆的相关知识，使实验的内容更加的多样化。

(4)轻便的架构：本实用新型结构简单，非常轻巧。教师既可以实验室中使用，也可以非常容易的带入课堂中进行教学活动。