一種基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具，包括鋁合金機架、絲杠滑臺、電機轉配體、主動連架桿、從動連架桿、連桿、顯示屏、擺架和控制電路，絲杠滑臺和電機轉配體均固定在鋁合金機架上，主動連桿架固定在電機轉配體上，從動連架桿固定在絲杠滑臺上，連桿連接在主動連架桿和從動連架桿上，擺架固定在連桿上，顯示屏固定安裝在鋁合金機架上。本實用新型具有啟發式教學模式，通過人機界面完美表達，通過觸摸顯示屏控制操作四連桿教具運轉并實時顯示分析相關數據，有利于同學們深刻掌握四連桿知識，填補現有本科生四連桿教學關于極限擺角的空白，通過直觀的觀察和親自動手操作，促使學生自主思考，調動學生的學習主動性。
【專利說明】一種基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具
【技術領域】
[0001]本實用新型涉教學機械教具領域，具體是一種基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具。
【背景技術】
[0002]四連桿機構在機械中應用十分廣泛，同時它也是機械原理中一個十分基礎但又非常重要的部分。但在傳統的四連桿機構教學過程中，很多同學反映傳統的教學方式與教學設備存在很多不足。師生之間通常是以枯燥的文字和單調的圖片說明，進行教學溝通。很多同學反映，他們對四連桿的許多知識只能有一個抽象的的概念。顯然，這對機械這一門實踐應用性十分強的的專業來說是不夠的。
[0003]目前出現的啟發式教學，就是根據教學目的、內容、學生的知識水平和知識規律，運用各種教學手段，采用誘導辦法傳授知識、培養能力，是學生積極主動地學習，以促進知識水平的提聞。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在于提供一種基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0005]為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0006]一種基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具，包括鋁合金機架、絲杠滑臺、電機轉配體、主動連架桿、從動連架桿、連桿、顯示屏、擺架和控制電路，所述絲杠滑臺和電機轉配體均固定在鋁合金機架上，所述主動連桿架固定在電機轉配體上，所述從動連架桿固定在絲杠滑臺上，所述連桿連接主動連架桿和從動連架桿上，所述擺架固定在連桿上，所述顯示屏固定安裝在鋁合金機架上。
[0007]所述絲杠滑臺包括固定在滑臺機架上的絲杠導軌和步進電機A，所述步進電機A通過聯軸器A連接有兩根導程絲杠，導程絲杠上安裝有兩端為帶座軸承的絲杠滑塊A，帶座軸承之間連接有固定支撐鉸鏈軸，固定支撐鉸鏈軸的一端連接有導電滑環A。
[0008]所述主動連架桿和從動連架桿結構相同，包括鉸鏈基座、絲杠基座和絲杠，所述固定支撐鉸鏈軸另一端安裝在鉸鏈基座上端，所述絲杠基座固定在鉸鏈基座下端，所述絲杠通過聯軸器B與步進電機B相連，所述絲杠安裝在絲杠基座上，絲杠上套有絲杠滑塊B，絲杠滑塊B包括絲杠螺母、鏈接塊和固定在鏈接塊兩端的直線軸承B組成，絲杠螺母固定在鏈接塊上，所述絲杠穿過絲杠螺母且末端安裝有銅套，所述絲杠基座上固定有兩根絲杠導軌，絲杠導軌穿入直線軸承B且末端固定安裝有絲杠上軸承座，所述絲杠滑塊B上端固設有支撐桿支撐片，支撐桿支撐片上固定安裝有三根支撐桿，三根支撐桿穿過絲杠上軸承座上的銅套且末端安裝有支撐桿連接片，所述絲杠末端的銅套固定在絲杠上軸承座上，支撐桿連接片頂端安裝有連接片和固定架，連接片上安裝有鉸鏈軸承，固定架上安裝有導電滑環B。
[0009]所述電機轉動裝配體包括步進電機C和減速斜齒輪組，所述步進電機C通過彈性聯軸器連接有主動軸，所述減速斜齒輪組的小齒輪安裝在主動軸上，減速斜齒輪組的大齒輪上安裝有從動軸，所述主動軸末端安裝有用于測量角度角速度的光電編碼器，所述從動軸一端安裝有導電滑環C，從動軸另一端安裝在鉸鏈基座上。
[0010]所述連桿包括鏈接板、左連接板、右連接板和四根玻纖，所述四根玻纖呈矩形分布固定在鏈接板和右連接板之間，所述左連接板固定在鏈接板和右連接板之間的玻纖上，右連接板另一端安裝有與鉸鏈軸承配合的下滑塊上鉸鏈架，所述連桿的四個玻纖上安裝有上滑塊和下滑塊，所述上滑塊和下滑塊均由兩個直線軸承C和固定在直線軸承C之間的連接板組成。
[0011]所述擺架包括硬紙片、L形軸、固定夾、角度傳感器，所述L形軸通過固定夾夾緊在連桿上，所述硬紙片安裝在L形軸上端，所述角度傳感器安裝在L形軸下端。
[0012]所述控制電路包括S12XS128核心芯片，S12XS128核心芯片通過四個步進電機驅動器分別連接步進電機A、兩個步進電機B和步進電機C，12XS128核心芯片的六路AD采集輸入端口分別連接主動連架桿伸長長度電壓信號ADl、從動連架桿伸長長度電壓信號AD2、機架桿伸長長度電壓信號AD3、連桿伸長長度電壓信號AD4、擺架在連桿上位移電壓信號AD5和擺架轉動角度電壓信號AD6，S12XS128核心芯片還連接光電編碼器和顯示屏。
[0013]作為本實用新型進一步的方案:所述步進電機的減速裝置的減速比為10:1，所述減速斜齒輪組的傳動比為1.6:1。
[0014]作為本實用新型再進一步的方案:所述顯示屏為7英寸的電阻式觸摸屏。
[0015]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0016](I)結合該教具開發的啟發式教學模式，通過人機界面完美表達，此外液晶顯示界面也可以通過端口輸出在投影儀上顯示，可營造完美教學氛圍；
[0017](2)通過角度傳感器，記錄四連桿在運動過程中的傳動角、從動桿轉速時間曲線變化，直觀化傳動角與傳動效果之間關系；
[0018](3)將搖桿曲柄和雙搖桿的六種極限擺角存在條件及極限擺角大小和極限位置通過演示的方式展示出來，填補現有本科生四連桿教學關于極限擺角的空白，有利于同學們深刻、全面的掌握四連桿知識；
[0019](4)實時記錄連桿曲線變化，并以坐標曲線形式分析其速度、加速度變化；
[0020](5)擁有啟發模塊，提供四連桿實際運用典型案例進行點擊演示分析，且學生可自行設計桿長，通過實際操作及演示深入了解四連桿運動模型。
[0021]基于啟發式教學的趣味四連桿豐富了四連桿教學的教學形式，啟發模式中自我探索的存在，增添了四連桿教學的樂趣，能使學生在帶著好奇的心情下，自主思考，輕松的理解和掌握關于四連桿的基礎和關鍵知識；同時，應用實例還可以引發同學們對四連桿在實際生活中的應用的思考，培養學生的學以致用的思想，再配以實物模型展示，通過直觀的觀察和親自動手操作，調動學生的學習主動性，使學生輕松的掌握四連桿知識，并了解其在實際生活中的應用，開拓視野，并且在獵奇的心態下發揮自己的創新才能，寓學于樂，將學生由傳統的被動接受者轉變為主動探究者。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具的主視圖。[0023]圖2為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具的側視圖。
[0024]圖3為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具的俯視圖。
[0025]圖4為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具中連架桿的主視圖。
[0026]圖5為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具中連架桿的側視圖。
[0027]圖6為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具中連桿的示意圖。
[0028]圖7為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具中絲杠滑臺的俯視圖。
[0029]圖8為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具中絲杠滑臺的側視圖。
[0030]圖9為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具中電機轉配體的俯視圖。
[0031]圖10為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具中核心芯片的控制原理圖。
[0032]圖11為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具中擺架的正視圖。
[0033]圖12為基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具中擺架的俯視圖。
[0034]圖中:a_鋁合金機架；b_絲杠滑臺；c-電機轉配體；d_主動連架桿；d2-從動連架桿；e_連桿；f-顯示屏；g_擺架；1_鉸鏈基座；2_絲杠基座；3_絲杠；4_聯軸器B ;5_步進電機B ;6_絲杠導軌；7_絲杠螺母；8_直線軸承B ;9_鏈接塊；10-支撐桿；11-支撐片；12-絲杠上軸承座；13-支撐桿連接片；14_銅套；15-鉸鏈軸承；16-連接片；17-導電滑環B ；18-固定架；19-鏈接板；20_玻纖；21_左連接板；22_右連接板；23_下滑塊上鉸鏈架；24-直線軸承C ；25-連接板；26_下滑塊上鉸鏈軸；27_右連接板上鉸鏈軸；28_導程絲杠；29-聯軸器A ;30_步進電機A ;31_絲杠導軌；32_滑臺機架；33_絲杠滑塊A ;34_帶座軸承；35_支撐鉸鏈軸；36-導電滑環A ；37-步進電機C ;38_彈性聯軸器；39_主動軸；40_從動軸；41_大齒輪；42_小齒輪；43_光電編碼器；44_導電滑環C ;45_絲杠滑塊B ;46_上滑塊；47_下滑塊；48_硬紙片；49-L形軸；50_固定夾；51_角度傳感器。
【具體實施方式】
[0035]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0036]請參閱圖1?12，本實用新型實施例中，一種基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具，一種基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具，包括鋁合金機架a、絲杠滑臺b、電機轉配體C、主動連架桿d、從動連架桿d2、連桿e、顯示屏f、擺架g和控制電路，絲杠滑臺b和電機轉配體c均固定在鋁合金機架a上，主動連架桿d固定在電機轉配體C，從動連架桿d2固定在絲杠滑臺b上，連桿e連接在主動連架桿d和從動連架桿d2上，擺架g固定在連桿e上，顯示屏f固定安裝在鋁合金機架a上。
[0037]絲杠滑臺b上的絲杠導軌31和步進電機A30固定在滑臺機架32上，步進電機A30通過聯軸器A29連接兩根8mm的導程絲杠28，導程絲杠28上安裝有兩端為帶座軸承34的絲杠滑塊A33，帶座軸承34之間連接有固定支撐鉸鏈軸35，固定支撐鉸鏈軸35的一端連接有導電滑環A36，步進電機A30通過帶動絲杠3轉動，進而推動絲杠滑塊A33移動，步進電機A30和絲杠滑臺b上的位移傳感器共同作用，控制機架桿長伸縮。
[0038]主動連架桿d的鉸鏈基座I固定在鋁合金機架a上，固定支撐鉸鏈軸35另一端安裝在鉸鏈基座I上端，連架桿d的絲杠3安裝在絲杠基座2中，絲杠基座2固定在鉸鏈基座I下端，絲杠3通過聯軸器B4與步進電機B5相連，絲杠3上套有由絲杠螺母7、鏈接塊9和固定在鏈接塊9兩端的直線軸承B8組成的絲杠滑塊B45，絲杠3穿過絲杠螺母7且末端安裝有銅套14，絲杠基座2上固定有兩根絲杠導軌6，絲杠導軌6穿入直線軸承B8且末端固定安裝有絲杠上軸承座12，絲杠滑塊B45上端通過支撐桿支撐片11固定安裝有三根支撐桿10，三根支撐桿10穿過絲杠上軸承座12上的銅套14且末端安裝有支撐桿連接片13，絲杠3末端的銅套14固定在絲杠上軸承座12上，支撐桿連接片11頂端安裝有連接片16和固定架18，連接片16上安裝有鉸鏈軸承15，固定架18上安裝有導電滑環B17，支撐桿10在絲杠滑塊B45推動下頂著支撐桿連接片11上下移動，步進電機B5和連架桿d上的位移傳感器共同作用，控制連桿的長度。
[0039]固定在鋁合金機架a上的電機轉動裝配體c包括帶減速裝置為10:1的步進電機C37和傳動比為1.6:1的減速斜齒輪組，步進電機37通過彈性聯軸器38帶動主動軸39轉動，減速斜齒輪組的小齒輪42安裝在主動軸39上，減速斜齒輪組的大齒輪41上安裝有從動軸40，主動軸39末端安裝有用于測量角度角速度的光電編碼器43，從動軸40 —端安裝有導電滑環C44，從動軸40另一端安裝在從動連架桿d2的鉸鏈基座I上。
[0040]連桿e包括鏈接板19、左連接板21、右連接板22和四根玻纖20，四根玻纖20呈矩形分布固定在鏈接板19和右連接板22之間，左連接板21固定在鏈接板19和右連接板22之間的玻纖20上，右連接板22另一端安裝有與鉸鏈軸承15配合的下滑塊上鉸鏈架23，連桿e的四個玻纖20上安裝有上滑塊46和下滑塊47，上滑塊46和下滑塊47均由兩個直線軸承C24和固定在直線軸承24之間的連接板25組成，通過手動移動下滑塊47改變連桿長度，連桿e上的位移傳感器反饋連桿長度，擺架g安裝在上滑塊46上，手動移動上滑塊46改變擺架g在連桿e上的位置，連桿e上的位移傳感器反饋擺架g位置。
[0041]擺架g包括硬紙片48、L形軸49、固定夾50、角度傳感器51，L形軸49通過固定夾50夾緊在連桿e上，硬紙片48安裝在L形軸49上端，角度傳感器51安裝在L形軸49下端，手動調節L形軸49的角度，擰緊固定夾50，角度傳感器51反饋L形軸49角度。
[0042]控制電路包括S12XS128核心芯片，S12XS128核心芯片通過四個步進電機驅動器分別連接步進電機A30、兩個步進電機B5和步進電機C37，12XS128核心芯片的六路AD采集輸入端口分別連接主動連架桿d伸長長度電壓信號AD1、從動連架桿d2伸長長度電壓信號AD2、機架桿伸長長度電壓信號AD3、連桿e伸長長度電壓信號AD4、擺架g在連桿e上位移電壓信號AD5和擺架g轉動角度電壓信號AD6，S12XS128核心芯片還連接有光電編碼器43和顯示屏f，位移傳感器、角度傳感器和光電編碼器43采集的信號通過鉸鏈處的導電滑環進行傳導，然后匯集到S12XS128核心芯片，進行分析處理，通過可觸摸液晶顯示屏輸入相關桿長數據，同時輸出并顯示四連桿運動分析狀況，變化情況以曲線形式顯示。
[0043]對于本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
【權利要求】
1.一種基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具，包括鋁合金機架(a)、絲杠滑臺(b)、電機轉配體(C)、主動連架桿(d)、從動連架桿(d2)、連桿(e)、顯示屏(f)、擺架(g)和控制電路，其特征在于，所述絲杠滑臺(b )和電機轉配體(c )均固定在鋁合金機架(a )上，所述主動連架桿(d)固定在電機轉配體(c )上，所述從動連架桿(d2 )固定在絲杠滑臺(b )上，所述連桿(e)連接在主動連架桿(d)和從動連架桿(d2)上，所述擺架(g)固定在連桿(e)上，所述顯示屏(f)固定安裝在鋁合金機架(a)； 所述絲杠滑臺(b)包括固定在滑臺機架(32)上的絲杠導軌(31)和步進電機A (30)，所述步進電機A (30)通過聯軸器A (29)連接有兩根導程絲杠(28)，導程絲杠(28)上安裝有兩端為帶座軸承(34)的絲杠滑塊A (33)，帶座軸承(34)之間連接有固定支撐鉸鏈軸(35)，固定支撐鉸鏈軸(35)的一端連接有導電滑環A (36)； 所述主動連架桿(d)和從動連架桿(d2)結構相同，包括鉸鏈基座(1)、絲杠基座(2)和絲杠(3 )，所述固定支撐 鉸鏈軸(35 )另一端安裝在鉸鏈基座(1)上端，所述絲杠基座(2 )固定在鉸鏈基座(1)下端，所述絲杠(3)通過聯軸器B (4)與步進電機B (5)相連，所述絲杠(3)安裝在絲杠基座(2)上，絲杠(3)上套有絲杠滑塊B (45)，絲杠滑塊B (45)包括絲杠螺母(7)、鏈接塊(9)和固定在鏈接塊(9)兩端的直線軸承B (8)組成，絲杠螺母(7)固定在鏈接塊(9 )上，所述絲杠(3 )穿過絲杠螺母(7 )且末端安裝有銅套(14)，所述絲杠基座(2 )上固定有兩根絲杠導軌(6)，絲杠導軌(6)穿入直線軸承B (8)且末端固定安裝有絲杠上軸承座(12 )，所述絲杠滑塊B (45 )上端固設有支撐桿支撐片(11 )，支撐桿支撐片(11)上固定安裝有三根支撐桿(10)，三根支撐桿(10)穿過絲杠上軸承座(12)上的銅套(14)且末端安裝有支撐桿連接片(13)，所述絲杠(3)末端的銅套(14)固定在絲杠上軸承座(12)上，支撐桿連接片(11)頂端安裝有連接片(16)和固定架(18)，連接片(16)上安裝有鉸鏈軸承(15)，固定架(18)上安裝有導電滑環B (17)； 所述電機轉動裝配體(c)包括步進電機C (37)和減速斜齒輪組，所述步進電機(37)通過彈性聯軸器(38)連接有主動軸(39)，所述減速斜齒輪組的小齒輪(42)安裝在主動軸(39 )上，減速斜齒輪組的大齒輪(41)上安裝有從動軸(40 )，所述主動軸(39 )末端安裝有用于測量角度角速度的光電編碼器(43)，所述從動軸(40)—端安裝有導電滑環C (44)，從動軸(40)另一端安裝在鉸鏈基座(1)上； 所述連桿(e)包括鏈接板(19)、左連接板(21)、右連接板(22)和四根玻纖(20)，所述四根玻纖(20 )呈矩形分布固定在鏈接板(19 )和右連接板(22 )之間，所述左連接板(21)固定在鏈接板(19)和右連接(22)之間的玻纖(20)上，右連接板(22)另一端安裝有與鉸鏈軸承(15)配合的下滑塊上鉸鏈架(23)，所述連桿(e)的四個玻纖(20)上安裝有上滑塊(46)和下滑塊(47)，所述上滑塊(46)和下滑塊(47)均由兩個直線軸承C (24)和固定在直線軸承C (24 )之間的連接板(25 )組成； 所述擺架(g)包括硬紙片(48)、L形軸(49)、固定夾(50)、角度傳感器(51)，所述L形軸(49)通過固定夾(50)夾緊在連桿(e)上，所述硬紙片(48)安裝在L形軸(49)上端，所述角度傳感器(51)安裝在L形軸(49)下端； 所述控制電路包括S12XS128核心芯片，S12XS128核心芯片通過四個步進電機驅動器分別連接步進電機A (30)、兩個步進電機B (5)和步進電機C (37)，S12XS128核心芯片的六路AD采集輸入端口分別連接主動連架桿(d)伸長長度電壓信號ADl、從動連架桿(d2)伸長長度電壓信號AD2、機架桿伸長長度電壓信號AD3、連桿(e)伸長長度電壓信號AD4、擺架(g)在連桿(e)上位移電壓信號AD5和擺架(e)轉動角度電壓信號AD6，S12XS128核心芯片還連接光電編碼器(43 )和顯示屏(f)。
2.根據權利要求1所述的基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具，其特征在于，所述步進電機C的減速裝置的減速比為10:1，所述減速斜齒輪組的傳動比為1.6:1。
3.根據權利要求1所述的基于啟發式教學的智能型四連桿教學教具，其特征在于，所述顯示屏(f )為7英寸的電阻式觸摸屏。
【文檔編號】G09B25/02GK203825942SQ201420264710
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月23日 優先權日:2014年5月23日
【發明者】徐云浪, 王文基, 文松, 李玉芳 申請人:徐云浪, 王文基, 文松, 李玉芳