步进电机教学演示装置的制作方法

本实用新型涉及教学仪器技术领域，尤其提供一种步进电机教学演示装置。

背景技术：

随着国家教育水平的不断提高，为了提高学员的实践操作能力，各大院校通常会配备各类教学仪器，其中，步进电机教学演示装置的应用尤为广泛。

目前，教员使用传统的步进电机教学演示装置进行步进电机位置控制教学时，一般先向控制器输入行程位置数据，使控制器根据该行程位置数据控制步进电机运转，步进电机的运转参数通过显示屏显示，以供学员观察学习。虽然传统的步进电机教学演示装置能够让学员观察到输入不同行程位置数据时步进电机的不同运转参数，但是由于教学形式较为枯燥，难以提起学员的学习兴趣，导致教学效果不佳。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种步进电机教学演示装置，旨在解决现有的步进电机教学演示装置的教学效果较差的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种步进电机教学演示装置，包括：

机架；

驱动机构，包括均安装于所述机架上的步进电机和传动组件，所述传动组件与所述步进电机的动力输出端相连接；

投物机构，可滑动地安装于所述机架上，所述步进电机通过所述传动组件驱动所述投物机构沿水平方向做直线往复运动；

接物件，固定地安装于所述机架并且位于所述投物机构的下方，所述接物件上设有沿所述投物机构的运动方向依次布置的多个接物部；

控制器，固定地安装于所述机架上，所述步进电机与所述投物机构均与所述控制器电性连接。

本实用新型实施例提供的步进电机教学演示装置至少具有以下有益效果：在使用时，学员向控制器输入行程位置数据，控制器根据该行程位置数据控制步进电机运转，步进电机通过传动组件驱动投物机构沿水平直线移动，当步进电机运转至设定行程位置时，控制器控制步进电机停止运转，同时，控制器控制投物机构释放投掷物，随后控制器控制步进电机和投物机构复位，即完成一次步进电机运转位置控制操作，若从投物机构释放的投掷物能够进入接物件上被指定的接物部中，则学员的步进电机运转位置控制操作无误；上述步进电机教学演示装置通过采用了投物演示方式，使学员能够直观地、生动地观察到输入不同行程位置数据时步进电机的不同运转情况，并可直观地、有效地验证学员对步进电机的位置控制操作的准确度，有效增加学员的学习兴趣，从而有效提高教学效果。

在其中一实施例中，所述投物机构包括可滑动地安装于所述机架上的安装座、安装于所述安装座上并且与所述控制器电性连接的第一驱动组件以及均连接于所述第一驱动组件的动力输出端的夹爪，所述第一驱动组件用于驱动所述夹爪张开或合拢。

在其中一实施例中，所述夹爪包括相对设置的第一夹臂和第二夹臂，所述第一驱动组件包括安装于所述安装座上并且与所述控制器电性连接的第一电机，连接于所述第一电机的动力输出端的齿轮，固定地连接于所述安装座上或所述第一电机上的滑座，以及可滑动地安装于所述滑座上的第一齿条和第二齿条，所述第一齿条和所述第二齿条分别啮合于所述齿轮的相对两侧，所述第一夹臂与所述第一齿条相连接，所述第二夹臂与所述第二齿条相连接。

在其中一实施例中，所述投物机构还包括与所述控制器电性连接的第二驱动组件，所述第一驱动组件通过所述第二驱动组件安装于所述安装座上，所述第二驱动组件用于驱动所述第一驱动组件做上下往复运动。

在其中一实施例中，所述第二驱动组件包括安装于所述安装座上并且与所述控制器电性连接的第二电机，连接于所述第二电机的动力输出端的第一螺杆，以及与所述第一螺杆相配合的第一滚珠螺母，所述第一驱动组件安装于所述第一滚珠螺母上。

在其中一实施例中，所述投物机构还包括设于所述安装座上并且与所述控制器电性连接的第一位置检测单元，所述第一位置检测单元用于检测所述第一驱动组件的竖直移动位置。

在其中一实施例中，所述传动组件包括连接于所述步进电机的动力输出端的第一传动轮、可转动地安装于所述机架上的第二传动轮以及套设于所述第一传动轮上和所述第二传动轮上的传动带，所述投物机构与所述传动带相连接。

在其中一实施例中，所述步进电机教学演示装置还包括均设于所述机架上并且均与所述控制器电性连接的第二位置检测单元和第三位置检测单元，所述第二位置检测单元和所述第三位置检测单元沿所述投物机构的运动方向分隔布置。

在其中一实施例中，所述机架上设有沿所述投物机构的运动方向延伸的第一导轨，所述投物机构可滑动地安装于所述第一导轨上。

在其中一实施例中，所述步进电机教学演示装置还包括显示单元，所述显示单元与所述控制器电性连接。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的步进电机教学演示装置的结构示意图；

图2为图1所示步进电机教学演示装置中的投物机构的结构示意图；

图3为图2所示投物机构中的第一驱动组件和夹爪的爆炸图。

其中，图中各附图标记：

10、机架，11、第一导轨，12、握把，20、驱动机构，21、步进电机，22、传动组件，221、第一传动轮，222、第二传动轮，223、传动带，30、投物机构，31、安装座，311、夹件，312、滑块，32、第一驱动组件，321、第一电机，322、齿轮，323、滑座，3231、座体，3232、第二导轨，3233、第三导轨，324、第一齿条，325、第二齿条，33、夹爪，331、第一夹臂，3311、第一摩擦部，332、第二夹臂，3321、第二摩擦部，34、第二驱动组件，341、第二电机，342、第一螺杆，343、第一滚珠螺母，35、第一位置检测单元，36、第一触发件，37、第二触发件，40、接物件，41、接物部，50、控制器，60、第二位置检测单元，70、第三位置检测单元，80、显示单元、90、按键组。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

请结合图1至图3所示，一种步进电机教学演示装置，包括机架10、驱动机构20、投物机构30、接物件40和控制器50，驱动机构20包括均安装于机架10上的步进电机21和传动组件22，传动组件22与步进电机21的动力输出端相连接；投物机构30可滑动地安装于机架10上，步进电机21通过传动组件22驱动投物机构30沿水平方向做直线往复运动；接物件40固定地安装于机架10并且位于投物机构30的下方，接物件40上设有沿投物机构30的运动方向依次布置的多个接物部41；控制器50固定地安装于机架10上，步进电机21与投物机构30均与控制器50电性连接。

上述步进电机教学演示装置在使用时，学员向控制器50输入行程位置数据，控制器50根据该行程位置数据控制步进电机21运转，步进电机21通过传动组件22驱动投物机构30沿水平直线移动，当步进电机21运转至设定行程位置时，控制器50控制步进电机21停止运转，同时，控制器50控制投物机构30释放投掷物，随后控制器50控制步进电机21和投物机构30复位，即完成一次步进电机21运转位置控制操作，若从投物机构30释放的投掷物能够进入接物件40上被指定的接物部41中，则学员的步进电机21运转位置控制操作无误；上述步进电机教学演示装置通过采用了投物演示方式，使学员能够直观地、生动地观察到输入不同行程位置数据时步进电机21的不同运转情况，并可直观地、有效地验证学员对步进电机21的位置控制操作的准确度，有效增加学员的学习兴趣，从而有效提高教学效果。

具体地，请结合图1所示，接物件40为板状结构，接物部41为凹口或通孔，当接物部41为通孔时，可在接物件40下方设置收集箱，以便收集投掷物。

在本实施例中，请结合图1至图3所示，投物机构30包括可滑动地安装于机架10上的安装座31、安装于安装座31上并且与控制器50电性连接的第一驱动组件32以及均连接于第一驱动组件32的动力输出端的夹爪33，第一驱动组件32用于驱动夹爪33张开或合拢。在初始状态下，控制器50控制第一驱动组件32正向运转，以驱动夹爪33合拢，从而将投掷物夹紧，当步进电机21运转至设定行程位置时，控制器50控制第一驱动组件32反向运转，以驱动夹爪33张开，从而将投掷物释放。

具体地，请结合图1至图3所示，夹爪33包括相对设置的第一夹臂331和第二夹臂332，第一驱动组件32包括安装于安装座31上并且与控制器50电性连接的第一电机321，连接于第一电机321的动力输出端的齿轮322，固定地连接于安装座31上或第一电机321上的滑座323，以及可滑动地安装于滑座323上的第一齿条324和第二齿条325，第一齿条324和第二齿条325分别啮合于齿轮322的相对两侧，第一夹臂331与第一齿条324相连接，第二夹臂332与第二齿条325相连接。在初始状态下，第一夹臂331与第二夹臂332共同将投掷物夹紧，当步进电机21运转至设定行程位置时，控制器50控制第一电机321运转，第一电机321通过齿轮322驱动第一齿条324和第二齿条325在滑座323上朝相互远离的方向滑动，从而带来第一夹臂331和第二夹臂332朝相互远离的方向移动，以将投掷物释放。

具体地，请结合图1至图3所示，滑座323包括座体3231和安装于所述座体3231上的第二导轨3232和第三导轨3233，第一齿条324与第二导轨3232可滑动地连接，第二齿条325与第三导轨3233可滑动地连接。

具体地，请结合图1至图3所示，为提高夹爪33夹持投掷物的可靠性，防止投掷物从夹爪33上滑落，第一夹臂331的夹持面上设有第一摩擦部3311，和/或，第二夹臂332的夹持面上设有第二摩擦部3321。其中，第一摩擦部3311为均匀布置在第一夹臂331的夹持面上的凸块、凸条或凸点，第二摩擦部3321为均匀布置在第二夹臂332的夹持面上的凸块、凸条或凸点。

在本实施例中，请结合图1和图2所示，投物机构30还包括与控制器50电性连接的第二驱动组件34，第一驱动组件32通过第二驱动组件34安装于安装座31上，第二驱动组件34用于驱动第一驱动组件32做上下往复运动。当步进电机21运转至设定行程位置时，控制器50控制第二驱动组件34运转，以驱动第一驱动组件32向下移动，使夹爪33靠近接物件40，接着控制器50控制第一驱动组件32运转，以驱动夹爪33张开，从而将投掷物释放，最后控制器50控制第二驱动组件34运转，以驱动第一驱动组件32向上复位；如此，通过设置第二驱动组件34驱动第一驱动组件32上下移动，使夹爪33在释放投掷物前能够朝靠近接物件40方向移动，以缩短投掷物的自由落体行程，避免投掷物受到诸如风吹等外界因素影响而偏离自由落体路径，有效提高上述步进电机教学演示装置的教学演示准确度。

具体地，请结合图1和图2所示，第二驱动组件34包括安装于安装座31上并且与控制器50电性连接的第二电机341，连接于第二电机341的动力输出端的第一螺杆342，以及与第一螺杆342相配合的第一滚珠螺母343，第一驱动组件32安装于第一滚珠螺母343上。通过采用电机结合滚珠丝杆结构驱动第一驱动组件32上下移动，驱动精度较高，可进一步提高上述步进电机教学演示装置的教学演示准确度。

在本实施例中，请结合图1至图3所示，投物机构30还包括设于安装座31上并且与控制器50电性连接的第一位置检测单元35，第一位置检测单元35用于检测第一驱动组件32的竖直移动位置。当第一位置检测单元35检测到第一驱动组件32时，第一位置检测单元35向控制器50发送电信号，控制器50接收到电信号后控制第二驱动组件34停止运转，此时，夹爪33到达靠近接物件40的位置。

具体地，请结合图1和图2所示，第一滚珠螺母343上或第一驱动组件32上设有第一触发件36，当第一触发件36移动至第一位置检测单元35所在位置时，第一触发件36触发第一位置检测单元35，以便第一位置检测单元35能够准确地检测到第一驱动组件32的移动位置。

在本实施例中，请结合图1所示，传动组件22包括连接于步进电机21的动力输出端的第一传动轮221、可转动地安装于机架10上的第二传动轮222以及套设于第一传动轮221上和第二传动轮222上的传动带223，投物机构30与传动带223相连接。当控制器50控制步进电机21运转时，步进电机21驱动第一传动轮221转动，带动传动带223在第一传动轮221和第二传动轮222上转动，以驱动投物机构30沿水平方向做直线往复运动。

具体地，请结合图1和图2所示，投物机构30的安装座31上设有夹件311，夹件311用于夹紧传动带223。

在本实施例中，请结合图1所示，步进电机教学演示装置还包括均设于机架10上并且均与控制器50电性连接的第二位置检测单元60和第三位置检测单元70，第二位置检测单元60和第三位置检测单元70沿投物机构30的运动方向分隔布置。第二位置检测单元60用于检测投物机构30的初始位置，第三位置检测单元70用于检测投物机构30的移动极限位置，第二位置检测单元60与第二位置检测单元60分别向控制器50发送电信号，当控制器50接收到相应的电信号时，控制器50控制步进电机21正、反向运转，以限定投物机构30的移动行程。

具体地，请结合图1和图2所示，投物机构的安装座上设有第二触发件37，当第二触发件37移动至第二位置检测单元60所在位置或第三位置检测单元70所在位置时，第二触发件37触发第二位置检测单元60或第三位置检测单元70，以便第二位置检测单元60或第三位置检测单元70能够准确地检测到投物机构30的移动位置。

在本实施例中，请结合图1所示，为提高投物机构30的移动稳定性，机架10上设有沿投物机构30的运动方向延伸的第一导轨11，投物机构30可滑动地安装于第一导轨11上。

具体地，请结合图1和图2所示，投物机构30的安装座31上设有滑块312，滑块312与第一导轨11可滑动地连接。

在本实施例中，请结合图1所示，步进电机教学演示装置还包括显示单元80，显示单元80与控制器50电性连接。显示单元80用于显示控制器50的各种控制参数和步进电机21以及投物机构30的各种运转参数，通过将投物演示教学方式与参数显示教学方式相结合，既能增加学员的学习兴趣，也能加深学员的学习记忆，可进一步提高上述步进电机教学演示装置的教学效果。

在本实施例中，请结合图1所示，步进电机教学演示装置还包括按键组90，按键组90至少包括急停按键、上电按键、使能按键等，方便用户对上述步进电机教学演示装置进行快速控制操作。

在本实施例中，请结合图1所示，为方便对上述步进电机教学演示装置进行搬运转移，机架10上设有握把12。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于第二驱动组件34的结构。

在本实施例中，第二驱动组件34为电动气缸，电动气缸的动力输出端与第一驱动组件32相连接。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于传动组件22的结构。

在本实施例中，传动组件22包括可转动地安装于机架10上并且与步进电机21的动力输出端相连接的第二螺杆以及与第二螺杆相配合的第二滚珠螺母，第二螺杆沿投物机构30的运动方向延伸，投物机构30与第二滚珠螺母相连接。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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