基于Labview的机构运动创新设计平台搭建

吕中亮 李五朋 安培文 蒋小曼 孟杰

(重庆科技学院机械与动力工程学院，重庆 401331)

在机械创新设计中，运动方案的设计过程是非常重要的阶段，最能体现设计者的创新思想［1-2］。为了加强机械实验的创新性，我校机械基础实验中心引进了ZBS—C机构运动创新设计平台。ZBS—C机构运动创新设计平台有不同种类的基本机械构件，学生可以根据自己选择或自己设计的实验类型、方案和内容，亲自动手进行机构搭接，建成多种机构搭接形式，从而增强学生的动手操作能力。在实验设计中，学生可以自我思考，变换搭接的形式，分析各种搭接机构的特点，或综合实验创新，增强自我创新能力。除此之外，通过ZBS—C机构运动创新设计平台，学生可以完成平面机构组成原理、平面机构创新设计的拼装，也可以在课程设计、毕业设计中进行机构系统方案设计的拼装。实验拼装涉及多个方面、多个阶段，增强了机械基础实验的整体性。通过机械创新设计平台，学生可以根据机构的组成原理，充分自己的创造力，选择或设计出合适的机械类型及运动尺寸，得到理想的运动性能，从而设计出新颖实用的机械产品［3-4］。

本次设计在ZBS—C机构运动创新设计平台的基础上，引入测控系统、人机互动界面，新建并完善相应的实验(试验)台及创新设计平台，搭建综合实验平台，通过测控系统对机构运动的可行性、构件布局的合理性进行验证和修改来完善设计。

1 搭建综合实验设计平台

根据综合实验平台引入测控、人和互动界面的要求，综合实验的构建可以通过以下步骤完成:

(1)在石油装备、冶金装备行业调研的基础上，根据若干石油装备、冶金装备、典型的机构的共性，绘制其工作原理图或机构运动简图。

(2)按照图1所示的原理方案，搭建实验(试验)台及机械创新设计平台。

图1 机械设计平台流程图

(3)以上述典型机构以及机构学热点前沿“并联机构”为实验(试验)对象，开发“机构运动、动力参数测试与分析”的测试模块，并用计算机图形的方式显示。

(4)利用图形化显示方法，编写测试软件程序，对“机构运动、动力参数”测试结果进行图形化显示与运动分析。

2 测控程序

Labview是一种图形化的编程语言环境。利用Labview语言进行程序的编写，基本上不需要编写程序代码，取而代之的是工程人员熟知的程序图和框图。它是一个面向终端的工具，通过该工具可以改写软件以实现多种仪器仪表的功能，主要用于测试测量技术。如图2所示，根据测量机构运动参数的要求修改调整原程序，首先是在第3个顺序结构中添加位移图表、速度图表和加速度图表将它们连接起来，用来在前面版中显示位移、速度和加速度，将3个图表的横坐标设置为10 s。将采集的原始位移信号通过运算使位移图表显示的区间与传感器测量的范围相等，再对信号进行求导处理后得到速度信号，利用速度图表将速度信号显示出来，对速度再次进行求导得到加速度，最后将加速度信号通过加速度图表显示出来。在位移、速度和加速度信号处分别设置数据存储程序，分别存储位移、速度和加速度数据，可实现运动参数的测量与记录。图2为基于Labview的程序框图。

图2 Labview程序框图

3 硬件部分

图3 ZBS-C机构运动创新设计实验台

硬件主要由传感器和采集卡两部分组成。传感器采用电位器式位移传感器，传感器的可动电刷与被测机构相连，输出部分位移引起电位器移动端电阻变化，把电阻变化转换为电压输出。采集卡采集到变化的电压信号，经过传感器的信号采集、分析处理后，将信号传输入到计算机中，通过Labview8.5软件编好的程序将信号提取出来，以运动参数图表的形式在前面板上显示。如图3、图4所示，搭接实验平台，通过计算机可以读出相应运动参数。

图4 计算机界面运动参数图

4 结语

本次设计主要基于Labview软件开发机构运动创新实验台测控系统，搭建基于Labview的ZBS-C机构运动创新设计综合实验平台。通过该系统可以让学生在搭接的实验平台上进行测试、调控，对所搭接的机构进行评定;同时学生可以对机构运动的可行性、构件布局的合理性等设计构思进行直观验证，通过修改、调整来完善设计，确定最终设计方案，最终完成一套“搭接—测控—验证—调节”功能完整的机构运动创新设计流程。

［1］马臣，孟延红，曹智贤，等.机械实验课程教学体系构建的探索［J］.实验室科学，2010，13(1):45-46.

［2］张宇钢.机械工程实验教学体系的探索与实践［J］.合肥学院学报，2011，21(3):82-85.

［3］李仁兴，施江澜.机械实验教学创新及其改革实践［J］.职业技术教育(教科版)，2004，25(25):55-56.

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