基于Labview的機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計平臺搭建

呂中亮 李五朋 安培文 蔣小曼 孟杰

(重慶科技學(xué)院機(jī)械與動力工程學(xué)院，重慶 401331)

在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計中，運動方案的設(shè)計過程是非常重要的階段，最能體現(xiàn)設(shè)計者的創(chuàng)新思想［1-2］。為了加強機(jī)械實驗的創(chuàng)新性，我校機(jī)械基礎(chǔ)實驗中心引進(jìn)了ZBS—C機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計平臺。ZBS—C機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計平臺有不同種類的基本機(jī)械構(gòu)件，學(xué)生可以根據(jù)自己選擇或自己設(shè)計的實驗類型、方案和內(nèi)容，親自動手進(jìn)行機(jī)構(gòu)搭接，建成多種機(jī)構(gòu)搭接形式，從而增強學(xué)生的動手操作能力。在實驗設(shè)計中，學(xué)生可以自我思考，變換搭接的形式，分析各種搭接機(jī)構(gòu)的特點，或綜合實驗創(chuàng)新，增強自我創(chuàng)新能力。除此之外，通過ZBS—C機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計平臺，學(xué)生可以完成平面機(jī)構(gòu)組成原理、平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的拼裝，也可以在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計中進(jìn)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計的拼裝。實驗拼裝涉及多個方面、多個階段，增強了機(jī)械基礎(chǔ)實驗的整體性。通過機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計平臺，學(xué)生可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成原理，充分自己的創(chuàng)造力，選擇或設(shè)計出合適的機(jī)械類型及運動尺寸，得到理想的運動性能，從而設(shè)計出新穎實用的機(jī)械產(chǎn)品［3-4］。

本次設(shè)計在ZBS—C機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計平臺的基礎(chǔ)上，引入測控系統(tǒng)、人機(jī)互動界面，新建并完善相應(yīng)的實驗(試驗)臺及創(chuàng)新設(shè)計平臺，搭建綜合實驗平臺，通過測控系統(tǒng)對機(jī)構(gòu)運動的可行性、構(gòu)件布局的合理性進(jìn)行驗證和修改來完善設(shè)計。

1 搭建綜合實驗設(shè)計平臺

根據(jù)綜合實驗平臺引入測控、人和互動界面的要求，綜合實驗的構(gòu)建可以通過以下步驟完成:

(1)在石油裝備、冶金裝備行業(yè)調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)若干石油裝備、冶金裝備、典型的機(jī)構(gòu)的共性，繪制其工作原理圖或機(jī)構(gòu)運動簡圖。

(2)按照圖1所示的原理方案，搭建實驗(試驗)臺及機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計平臺。

圖1 機(jī)械設(shè)計平臺流程圖

(3)以上述典型機(jī)構(gòu)以及機(jī)構(gòu)學(xué)熱點前沿“并聯(lián)機(jī)構(gòu)”為實驗(試驗)對象，開發(fā)“機(jī)構(gòu)運動、動力參數(shù)測試與分析”的測試模塊，并用計算機(jī)圖形的方式顯示。

(4)利用圖形化顯示方法，編寫測試軟件程序，對“機(jī)構(gòu)運動、動力參數(shù)”測試結(jié)果進(jìn)行圖形化顯示與運動分析。

2 測控程序

Labview是一種圖形化的編程語言環(huán)境。利用Labview語言進(jìn)行程序的編寫，基本上不需要編寫程序代碼，取而代之的是工程人員熟知的程序圖和框圖。它是一個面向終端的工具，通過該工具可以改寫軟件以實現(xiàn)多種儀器儀表的功能，主要用于測試測量技術(shù)。如圖2所示，根據(jù)測量機(jī)構(gòu)運動參數(shù)的要求修改調(diào)整原程序，首先是在第3個順序結(jié)構(gòu)中添加位移圖表、速度圖表和加速度圖表將它們連接起來，用來在前面版中顯示位移、速度和加速度，將3個圖表的橫坐標(biāo)設(shè)置為10 s。將采集的原始位移信號通過運算使位移圖表顯示的區(qū)間與傳感器測量的范圍相等，再對信號進(jìn)行求導(dǎo)處理后得到速度信號，利用速度圖表將速度信號顯示出來，對速度再次進(jìn)行求導(dǎo)得到加速度，最后將加速度信號通過加速度圖表顯示出來。在位移、速度和加速度信號處分別設(shè)置數(shù)據(jù)存儲程序，分別存儲位移、速度和加速度數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)運動參數(shù)的測量與記錄。圖2為基于Labview的程序框圖。

圖2 Labview程序框圖

3 硬件部分

圖3 ZBS-C機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計實驗臺

硬件主要由傳感器和采集卡兩部分組成。傳感器采用電位器式位移傳感器，傳感器的可動電刷與被測機(jī)構(gòu)相連，輸出部分位移引起電位器移動端電阻變化，把電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓輸出。采集卡采集到變化的電壓信號，經(jīng)過傳感器的信號采集、分析處理后，將信號傳輸入到計算機(jī)中，通過Labview8.5軟件編好的程序?qū)⑿盘柼崛〕鰜?，以運動參數(shù)圖表的形式在前面板上顯示。如圖3、圖4所示，搭接實驗平臺，通過計算機(jī)可以讀出相應(yīng)運動參數(shù)。

圖4 計算機(jī)界面運動參數(shù)圖

4 結(jié)語

本次設(shè)計主要基于Labview軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新實驗臺測控系統(tǒng)，搭建基于Labview的ZBS-C機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計綜合實驗平臺。通過該系統(tǒng)可以讓學(xué)生在搭接的實驗平臺上進(jìn)行測試、調(diào)控，對所搭接的機(jī)構(gòu)進(jìn)行評定;同時學(xué)生可以對機(jī)構(gòu)運動的可行性、構(gòu)件布局的合理性等設(shè)計構(gòu)思進(jìn)行直觀驗證，通過修改、調(diào)整來完善設(shè)計，確定最終設(shè)計方案，最終完成一套“搭接—測控—驗證—調(diào)節(jié)”功能完整的機(jī)構(gòu)運動創(chuàng)新設(shè)計流程。

［1］馬臣，孟延紅，曹智賢，等.機(jī)械實驗課程教學(xué)體系構(gòu)建的探索［J］.實驗室科學(xué)，2010，13(1):45-46.

［2］張宇鋼.機(jī)械工程實驗教學(xué)體系的探索與實踐［J］.合肥學(xué)院學(xué)報，2011，21(3):82-85.

［3］李仁興，施江瀾.機(jī)械實驗教學(xué)創(chuàng)新及其改革實踐［J］.職業(yè)技術(shù)教育(教科版)，2004，25(25):55-56.

［4］王剛，趙鳳卿.機(jī)械實驗課程教學(xué)的改革與創(chuàng)新［J］.濰坊教育學(xué)院學(xué)報，2009，22(1):44-49.