使用多个单元的实验和教学系统的制作方法

专利名称：使用多个单元的实验和教学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用夹具将物体可分离地固定到预定的基座材料的系 统，尤其涉及一种系统，其中，适当组合诸如各种类型的机械部件、传感 器等(在下文中，包括实施例中，称为"单元，，)的设备组成单元，以构造 单元组成体并执行实验、研究、教学等功能或所述单元组成体的类似工作。
背景技术：
以自动设备为例，该自动设备需要构成向物体传递目标操作的输出终 端部分的机械部件、用于驱动所述机械部分的操作(互锁)转换机构，以 及用于驱动所述操作转换机构的驱动机构。所述自动设备还需要向驱动源
信息的传感器。 、，'。、 、,、
为了设计所述自动设备，自然需要先进的技术知识。即使拥有这种知 识，当装配各类型的单元使得能够在构造真实设备之前检查其真实运行状 态时，也可能会发现在不能实行的状态中不能预料的问题，并能做出适当 的设计，其中通过改变单元的组*出设计和改动以得到更有效的配置。 此外，除了上述拥有技术知识的人，这种灵活的组合单元优选地也用作教 学设备来提高学生等人的技巧。
考虑到上述情况，本发明人已经提出"自动化机械研究教学设备"，批
露在日本专利申请公开No.06-8980中，此设备已广泛应用于各种类型的研 究设施和教学设施，在诸如大学和技术高中普及推广。
在上述专利文件所述的发明中，制造了大量组成自动i殳备的各种单元， 设备的用户(下文中简单地指代"用户")，如i殳计师和学生，适当地选择 适合他们自己的设计的单元并装配所选单元，从而完整的构建一个机械装图12示出在上述文件中提出的i殳备的示例性结构。
在具有图示结构的设备中，相对于轨10Y放置有很多个沿X方向放置 的轨10X，其与沿Y方向放置的轨10Y垂直，并且每条轨10X对于每个 单元来说是直接附着物。就是说，每个单元选取预定的轨10X以确定所述 Y方向的附着位置，并在轨10X的轴向上识别指定轨10X的预定位置以在 该X方向提供定位。这样，每个单元在所述X和Y方向上的位置得以确 定，将每个单元耦合以完整地组成特定设备(^装置)。
虽然近乎多余，为了说明本发明的可用性，将在下面描述图9所示机 械装置的结构、运行状态等。
图12中构造的系统是一种同步驱动系统，其中皮带传送机的同步与电 动机驱动器的进给螺杆相匹配。皮带传送机的主体16a固定于单元的基座 16b上，而基座16b通过螺栓16c固定在轨10X轴向上的任意位置。所有 固定其他单元的螺栓下面用参考字符B表示。根据上述各个单元组成的整 个机构的安置状态选择所述各单元应附着其上的轨IOX，而所述各个单元 通过螺栓B沿所选轨10X轴向固定在适当位置。基座材料的螺栓直通部分 是椭圆孔，做成这样的结构，使得可以在Y方向上对位置进行微调。
下面将描述固定于各轨10X上的各个单元。参考数字17表示有减速 机构的可逆电动机单元，是一个传动装置单元。参考数字18表示正交转换 螺旋进给单元，是一种用于操作转换的机械装置单元，其通过耦接头29 与有减速机构的可逆电动机单元17耦合。
参考数字19指平动台类型的单元，其分类为一类输出终端单元或操作 转换机构单元，其通过杆20与正交转换螺旋进给单元18耦合。参考数字 21指反射光电传感器单元，其是一种传感器单元。单元21与平动台类型 的单元19相邻放置，从而检测该平动台类型单元中平动台的移动，使其位 置信号显示在计算机的显示屏(图中未示出)上。
参考数字22指油/空气转换缸单元，其为一种传动器。参考数字23代 表单向离合器单元，其为操作转换机构，且其通过杆24与油/空气转换釭单元22耦合。皮带传送机单元16与单向离合器单元23耦合。将这些单元 各自与其他单元机械显著地耦合，以在一体内构造完整的机械系统，即皮 带传送机的同步驱动系统。由于采用此种结构，当在系统中运作时，油/ 空气转换缸单元22中的油/空气转换缸由光电传感器单元21的光电传感器 的信号驱动，皮带传送机单元16中的皮带传送机每次仅作单向部分的驱 动。
接着，这些单元与控制面板ll的预定控制电路耦合，以使各个组成单 元执行预定操作。例如，通过连接放置的多个中继终端的预定线路部分， 或者将它们与组合中继电路连接以基于预定的控制顺序来控制机构，这样 的构造可以使用户构造所期望的控制系统。
具有减速机构的可逆电动机单元17通过由上述构造的控制系统的操 作信号来操作，它的驱动力转化为正交转换螺旋进给单元18的线性运动。 在此情况下，通过将有减速机构的可逆电动机单元17与定时器25相连， 电动机单元17的可逆电动机在预置时间实现相位反转，以使同一单元18 的进给螺杆前进或后退。进给螺杆的运转通过杆20传送至平动台类型单元 19的平动台，以使该台前进或后退。反射光电传感器单元21探测到所述 台的运行状态，输出其位置信号至计算机等，以用作驱动所述皮带输送机 单元的定时信号。此外，可以再将定时器25并入中继电路，以通过控制电 路开/关的方法改变控制。
通过杆22，油/空气转换缸单元22的驱动力传送至单向离合器单元23， 以提供间歇的运转。通过该间歇运转，使皮带输送机单元16的皮带输送机 间歇的运转。
由于上文中清楚说明了示例性结构及其运行状态，在本发明人已预先 提出的系统中，多个用来组成所述设备的单元4皮分别放置并固定于所需的 位置，使得依照预定目标自由的构造系统成为可能。
在上述设备中，当适当的装配和运转所需机构时，通过满足下列必要 条件所述设备的可用性将会进一步提高。 (1)适当地安排各个单元。如果各个单元的安排不适当，例如，驱动力在从驱动单元向另一单元 传输过程中可能发生损耗，或者，如果是平移驱动，可能会出现驱动方向 漂移的问题。此外，就所述传感器单元而言，如果传感位置不适当，不能 精确地测量另一单元的运转状态，从而，对信号的定时也变得不适当。
(2) 牢固地安置每个机械组成单元。 在驱动单元和从所述驱动单元接收驱动力以执行预定操作的单元中，
会产生一种应力，这种压力使得整个单元在所述驱动力的反作用力作用下， 沿驱动方向的相反方向移动。就是说，当各个单元未被牢固的固定时，各 个单元的位置可随着所述驱动力的反作用力而改变，由于诸如凸轮的驱动 体反复运转，其中转动轴是偏心的而导致运转缺陷，整个机构会处于一种 由振动等导致的所谓咔嗒作响的状态(clattering state),以致整个机构最 终无法运转。
(3) 易于改动各个单元的安排位置。
例如，在前后或者根据在一个单元与另一单元交换时的情况颠倒放置 预定单元的情况下，或者在几次孩i调单元的安朝一位置的情况下，有必凍—吏 单元相对于附着物如轨10X易于附着和分离。这里，容易附着和分离是指 附着和分离的操作简单、该操作不需要特殊工具，而且不必用很大的力。 简而言之，这是指附着/分离和移动单元能在短时间内完成，操作中不需要 特殊技能、工具和4艮大的力。
这一点与上述的要求(2)相冲突。矛盾关系通常可能是这样造成的 当牢固的固定单元时，附着和分离的方便性会降低；当提高附着和分离的 方便性时，又会牺牲固定的牢固程度。然而，如果这两个属性能彼此共存， 作为设备在其可用性上将会迈出 一 大步。
考虑到上述观点中的上述现有技术，从能够组成几乎所有所需要的机 械装置这个角度说，作为设备它几乎是完美的。但是，由于每个机械装置 通过图12所示的螺栓B固定到预定的轨IOX，通过柠紧螺栓B能够容易 地满足关于* (2)中牢固地固定各个单元。然而，需要诸如螺丝起子和 活洛板手的工具以固定螺栓，而且每次进行位置的微调都需要重复松开和拧紧螺栓B的操作。因此，难以实现(3)中的应当易于对单元的安排进 行微调。此外，各单元的所述螺栓直通孔是在Y方向延伸的椭圆孔用于微 调，以进行Y方向上的微调的方式也远远称不上是便利地进行微调。

发明内容
本发明的目的是提供研究和教学的系统，通过该系统，不损害本发明 人先前已提出的现有技术的优点和效果，就能实现以上现有技术还未实现 的技术目标。
也就是说，根据本发明的一个方面，提供实验和教学系统，其中括机 械元件、光学元件、如传感器的测量元件等多个单元,皮组合以形成单元组 成体，其为在整体上具有特定功能的机器，并才艮据所述单元组成体的功能 实施实验和教学。通过构造各个单元，使其能适当的安置于磁性基座材料 上的任意位置，并通过使用磁力的夹具将所述各单元可分离的在所述任意 位置上固定到所述基座材料，使得所述单元固定到所述基座材料，以使能 对所述单元在位置上相互调整，从而构建所述单元组成体。
例如，用铁类金属制成的磁性平板作为放置单元的基座材料，并将具 有预定功能的单元放置在所U座材料上以形成单元组成体作为在整体上 具有特定目标的机器。在此情况下，通过使用由磁力可分离地吸附到所述 基座材料上的夹具，将所述各单元在预定位置固定到所述基座材料。从而 用这种方式固定所述各个单元，使得其位置调整可能形成单元组成体，该 单元组成体即为想得到的机械。因此，进行有关所述单元组成体的功能的 实验和研究，并进行有关所述整个单元组成体的功能和属性的改变等的研 究，例如，通过将一个预定单元改成另一个单元。


图1示出可分离机构的透视图，其中图1A示出对于目标的可吸附情 形，图1B显示的是对于所述目标的可分离情形；
图2是可分离机构的剖面图，其示出在图1所示可分离机构吸附到基座材料的情形下磁力线透过的情形；
图3是夹具的透视图，其示出将第一实施例的夹具固定到所述基座材 料的情形；
图4示出图3所示夹具的剖面图，其中图4A是沿图3中线A-A的剖 面图，图4B是沿图3中线B-B的剖面图5示出第二实施例的可分离机构的剖面图6示出包含有图5所示可分离机构的夹具，其中图6A是所述夹具
的侧视图，图6B是其主视图7A和图7B是"i兌明用夹具固定单元的基座的情形的示意图8示出第三实施例的夹具的透视图，其中图8A示出所述夹具吸附
到基座材料的情形，图8B示出通过使用杠杆将所述夹具从所述基座材料
分离的情形；
图9示出第四个实施例中夹具的透视图，其中图9A示出夹具吸附到 基座材料的情形，图9B示出通过使用螺栓将所述夹具从所述基座材料分 离的情形；
图IO示出通过使用图6所示夹具将机构的组成单元固定的情形，其中 图IOA示出在正在对单元进行固定的阶段该单元的侧视图，而图IOB示出 完成各个单元的固定后的情形所述单元的侧视图IIA、图IIB和图IIC是各单元的透视图，其示出对目标物进行固 定的例子；
图12,是透视图，其示出本发明者先前提出的自动化机械研究教学设备 的示例性结构。
具体实施例方式
第一实施例
将参考附图对本发明的一个实施例进行详细描述。
图1至图4示出根据本发明第一实施例的单元的夹具的结构。
图l和图2是大体上示出夹具的可分离才/L^J的结构的示图，根据第一实施例，该可分离机构要容纳在所述夹具中。
可分离机构使用7JC磁体，如稍后将描述的，控制所述永磁体磁力线的
渗透情况以使所i^L构与吸附目标的基座材料吸附或分开。所述可分离机 构由图中显示的2个块30和31组成，块30和31都是这样构造的，4吏得 它们能绕其轴心相对旋转。在下面的描述中，对旋转块3情况进行举例并 加以解释。在图示结构中，块30和31都加工成圆柱形状。
首先，描述块30的结构。参考数字32是加工成板状的永磁体，其被 构造为具有这种程度的强力的磁体能将整个夹具牢固地吸附和固定到所 述基座材料上。由透磁性材料制成的块组成体33a和33b放置并固定在永 磁体32上，使得将永磁体32夹在其间，从而在整个上完整地构造圆柱形 第一块30。永磁体32放置在块30里面，使得各磁极定位在圆柱形第一块 30的两端表面上。
接着，第二块31由具有类似于第一块30的透磁性的块组成体34a、 34b和由这些块组成体34a和34b夹着的隔板35组成。第二块31构造成 圆柱形，从外形上看，其具有与第一块30基本相同。然而，与永磁体32 不同，隔板35是非磁性材料。因此，所述隔板将被称为非磁性隔板。
将上述第一块30的一端表面和第二块31的一端表面相互紧密接触地 放置于使块30可绕其轴心旋转的状态。这样，如图1A所示，当第一块的 各块组成体33a和33b的端表面与第二块的各块组成体34a和34b的端表 面整体上处于互相紧密接触的状态时，这些各自的块组成体成为一体以构 成一透磁性路径。因此，7^Ut体32的磁力线透过作为固定目标物的基座材 料36，如图2所示。就是说，当各块30、 31处于图1A所示状态时，由块 30、 31組成的可分离机构被牢固的吸附到基座材料36。
同时，如图1B所示，当处于图1A状态的第一块30旋转90度时，块 30、 31中块组成主体的结合被取消。因此，永磁体32的磁力线仅穿透第 一块的块组成体33a、 33b和第二块的块组成体34a、 34b，并不到达作为 吸附表面的第二块31底端。所以，对基座材料36的吸附力不会在笫二块 端表面的可分离才几构的吸附表面(如图1中图示的第二块一端表面)上产生。就是"i兌，只让第一块30和第二块31绕其轴心旋转卯度，就能控制永 磁体32的磁力线的穿透，从而十分容易地将结合可分离机构的夹具体附着 到所述基座材料上和与其分离。另外，虽然能在第一块30和第二块31相 对旋转90度时控制永磁体32的磁力线，却难以实现使牢固吸附到基座材 料36上的第二块31旋转。因此，通过旋转第一块30来控制第二块吸附表 面上的磁力线是现实可行的。
图3和图4图示结合图1和图2所示吸附机构的夹具。
参考数字40表示该夹具，参考数字37表示旋转筒，参考数字38表示 固定筒。旋转筒37被构造为相对固定筒38可旋转。在固定筒38上部的外 围，形成像凸缘一样凸出的压紧部分38A。在压紧部分38A中，在其底面 圓周方向，朝着下面将描述的固定目标的方向，嵌入有多个用橡胶这样的 柔性材料制作的用于防滑的部件(在下文中称为"防滑部件")39。
在旋转筒37内部，放置和固定了具有与图l和图2所示类似的板状结 构的7Jc磁体32和块组成体33a、 33b,使块组成体33a、 33b将永磁体32 夹在中间。就是i兌，图1和图2所示的,皮固定于旋转筒37内，并且第一块 30被构造为与旋转筒37 —起旋转。
由被块组成体34a、 34b夹在其间的非磁性隔板35组成的每二块31 被加工、放置并固定在该筒内。尽管在图3中销42从旋转筒37顶部凸出 作为用于旋转旋转筒37的柄，这些销在图4中省略。
考虑到上述结构，图4A中第一块30的永磁体32和第二块31的非磁 性隔板35相互垂直，并且如图所示，在固定筒38内，第一块的块组成体 33a、 33b和第二块的块组成体34a、 34b未结^^来。因此，7^C磁体32的 磁力线未到达固定块31的底端，因此，所述夹具不被吸附到基座材料36， 而是处于可自由移动的状态。
在图3中，参考数字41表示机构组成单元的基座，并且各个机构稳定 固定到基座41。各单元的基座上41形成用于安装各夹具40的槽口 41a。 当本机构组成单元的基座41放置在基座材料36的预定位置上时，夹具40 的固定筒38定位于该槽口处。在此状态下，从固定筒38外围突出的压紧部分38A上提供的防滑部件39与基座41的表面邻接。
当基座41放置于基座材料36上适当的位置时，将放置在槽口 41a上 的夹具40的旋转筒37向锁定方向旋转90度。这样，如图4B所示，第一 块30的块组成体33a、 33b和第二块31的块组成主体34a、 34b结^^来， 并且永磁体32的磁力穿透基座材料36，这样夹具40就牢固地吸附到基座 36。在此情况下，由于夹具40的防滑部件39的底端部分与基座材料36 之间的间隙Wl被设定为比基座41的厚度小的值，夹具40被牢固地吸附 到基座材料36上，使防滑部件39变形并被压紧以消除该差异以压靠在基 座41上，如图4B所示。更具体地，夹具40自身被稳固和牢靠地固定到 基座材料36，而基座41被夹具40通过防滑部件39牢固地固定于预定位 置。如果要进行对基座41位置的微调，通过使旋转筒37向解锁侧旋转90 度一次，可完全#^;故该固定状态。因此，在这此情况下，基座41的放置位 置得到微调，而且在微调完成后，向锁定侧再次旋转旋转筒37，以牢固地 固定该基座。
在图3所示的结构中，销43从夹具40突出，销43插入并定位其中的 销通孔41b在基座41上形成。当安置夹具40时，销43被插入销通孔41b 中，这样易于进行对夹具40的操作。
由于固定筒38侧被夹具40同基座41牢固和稳定地固定到基座材料 36上，旋转筒37在上部能够容易地被旋转到开锁状态。但是，在夹具40 安置在所述槽口并且旋转筒37从解锁状态被旋转以到锁定状态的情况下， 当开始旋转筒37的旋转时，固定筒38未吸附到基座材料36上，这可能引 起固定筒38与旋转套筒37同步旋转，或者可能改变整个夹具40的位置。 因此，用户必须考虑的是用一只手将固定筒38牢固地固定，并且在此状态 中旋转筒37被小心地旋转。在本例中，当销43与销通孔41b相啮合时， 不管处于锁定状态还是解锁状态，都用一只手旋转旋转套筒37，使得夹具 40能容易地被吸附和分离。
第二实施例图5和图6示出根据本发明第二实施例中的夹具43。
图5示出要容纳在夹具43中的可分离机构的组成状况，其中，参考数 字44a、 44b指用透磁性材料制作的块组成体，参考数字45a、 45b指被块 组成体44a、 44b夹在中间的非磁性隔板。参考数字46指形成轴心在与图 垂直的方向上的圓柱形的永磁体。各磁极在该圆柱形状的径向形成，并且 永磁体46能绕该块内的轴心旋转。
在图5的状态中，7Jc磁体46的磁极被定位以面对各自的块组成主44a、 44b放置，这样，永磁体46的磁力线通过基座材料36透过到块组成体44a、 44b。就是说，当如图所示水平的定位永久磁体46的磁极时，此可分离机 构4皮牢固地吸附和固定到基座材料36上。此外，当通过将永磁体46从此 状态旋转90度，各磁极被定位于非磁性隔板侧时，所池磁力线不从块组成 体44a、 44b中穿透出来，从而使可分离^失去吸附力。
图6A和图6B的夹具43示出基于上述结构构造的夹具。参考数字47 表示用于使形成该夹具43的一部分的永磁体46旋转的杠杆。通过操作杠 杆47，将永磁体46的磁极改变卯度，以使夹具43吸附至基座材料36或 从其分离，如图5所示。
参考数字"A指压紧部分，其从基本上形成矩形的夹具主体43的侧 壁部分凸出。这些压紧部分43A被牢固地固定到夹具主体43,使得能通过 螺栓43Aa进行垂直方向上位置的调整。防滑部件39从压紧部分43A向固 定目标的方向凸出，类似于夹具40。
这里，防滑部件39的功能(特性)下面将参考图7进行详细描述。图 7示意性地示出所述夹具的结构。
就是说，假定由夹具43的磁力产生的吸附力Fl为15kg。如果在没有 吸附时防滑部件39和基座材料36之间距离Wl为9mm并且单元的基座 41的宽度W2为10mm，对于固定目标基座41,在理想条件下设压力的反 作用力F2=7.5kg及压力F3=7.5kg是恰当的。
更具体地，在上述情形中，防滑部件39的弹性系数K-7.5kg/Lmm。 在此状态下，若固定目标基座41的厚度W2有士0.1mm的偏差，压力的反作用力F2=7.5kg±0.75kg,类似地，压力F3也变为7.5kg士0.75kg(见图7B )。 因此，在任何情况下，夹具43或固定目标基座41都可能漂移至6.75kg。 但在许多情况下，这足够用于固定普通教学的单元。以上为对一个夹具的 吸附力的描述，当形成单元组成主时，将一个或更多的夹具用于各个单元， 使得能够容易地获得所需的固定力。
第三实施例
图8示出才艮据第三实施例的夹具。
控制磁体的磁力线,使夹具与上述任一实施例中的基座材料36附着或 分离。在上述任一实施例和稍后将在这里描述的第四实施例中，通过与磁 体的吸附力相反的力量，强行将夹具与基座材料36分离。
永磁体(在图示例子中马蹄铁形磁体)60容纳在夹具43中，而夹具 43通过永磁体60吸附到基座材料36上。参考数字61代表杠杆，其被配 置成绕其旋转轴心L旋转。此外，从杠杆61的底端61a到旋转轴心L的 距离设定为比从旋转轴心L到基座材料36的距离更长的值。因此，当夹 具43通过7JOt体60的磁力吸附到基座材料36上时，杠杆61定位于倾斜 的角度，如图8A所示。
在这种情况下，杠杆61向X方向旋转，由于杠杆61中旋转壁的长度 设定得比从旋转轴心L到基座材料36的距离长，通it^工杆61底端的旋转， 使整个夹具43逆着永磁体60的磁力方向升起,使得基座41的固定状态被 释放。就此而言，由于通过磁力产生的吸附力与距离的二次方成反比，仅 通过将夹具43与基座材料36分开少许,就能使整个夹具43的吸附力显著 减小。例如，当永磁体60的吸附力Fl与上例中相同的设为15kg时，将 整个夹具43从基座材料36上分开大约1至2mm的距离，夹具43就能容 易地从基座材料36上移开。
第四实施例
本实施例可称为是第三实施例改进的实施例。更具体地，在第四实施例中，用于将夹具43从基座材料36分开的装 置不是杠杆61，而是直接在压紧部分43A形成。或者，旋转与母螺紋部分 62通过螺紋连接的螺杆(公螺紋)，所述母螺紋部分62 (结构如图所示) 从压紧部分43A突出，使得夹具36能被牢固的固定(图9A所示的状态) 或脱离(图9B所示的状态)。
图IOA和图10B所示为^f吏用第二实施例的夹具43将多个机构组成单 元耦合的情形。
在图中，参考符号Ul指传动器单元，其向另一单元提供驱动力。用 于产生所述驱动力的传动电动机M固定在基座41A上，而耦合部件50A 安装在传动电动机M上，组成耦合机构50的一部分。
参考符号U2指机喊单元，其被构造以利用传动器单元Ul所提供的驱 动力执行预定操作。图示结构包括耦合部件50B、用来与连接部件50B耦 合的螺杆48和与螺杆48螺紋连接的滑块49。
接着将描述对这些单元的安装。首先，传动器单元Ul安置于基座材 料36上的预定位置。当所述安置位置合适时，用解锁(图6A中杠杆47 置于Y侧的状态)的第一夹具43 (下文中用参考数字43-1指代)将压紧 部分43b定位于传动器单元Ul的基座41A的端缘部分，使得在此状态下 将杠杆47沿X方向旋转。这样，夹具43-l牢固的吸附并固定到基座材料 36侧，以将传动器单元U1的基座41A固定到基座材料36。由于只有单独 的夹具43-l，传动器单元U1自身的位置有可能被传动电动机M转动力的 反作用力改变，在此情况下，将下一个夹具43-2安置于基座41A的另一 位置，以更牢固的固定基座41A。在此^^作中，如果有必要对传动器单元 Ul的位置进行微调，可以通过操作各夹具的杠杆对所述夹具进行锁定和解 锁，从而非常容易的进行微调，这与上文中实施例的情形类似。
完成传动器单元U1的安装后，将机械单元U2安置于合适位置，使机 械单元U2的耦合部件50B与传动器单元Ul的耦合部件50A正确的耦合。 在此情况下，通过与传动器单元Ul固定情况类似的操作，机械单元U2 的基座41B被夹具43-3固定于基座材料36上。此外，与传动器单元Ul类似，当有必要固定得更牢固时，可根据需要，通过使用下一个夹具43-4 等进行固定。
在完成传动器单元Ul和机械单元U2的耦合配置后，连接杆51与机 械单元U2的滑块49耦合。在此结构中，通过耦合机构50，来自传动器单 元Ul的旋转驱动力传至机械单元U2的螺杆48。螺杆48的旋转，使与其 螺紋连接的滑块49向螺杆48的轴心方向发生位移动。例如，此位移可通 过连接杆51作为线性位移传送给另一机械单元。在此情况下，与传动器单 元U1中传动电动机M的旋转扭矩相反的反作用力(反抗扭矩)、通过连 接杆51相对另一单元的线性运动的反作用力等等都加在各单元Ul、 U2 上。这些单元试图沿与所述反作用力相反的方向移动。特别地，当螺杆48 的螺距做得小，使滑块49的移动量小于螺杆48的旋转速度时，通过连接 杆51,在机械单元U2中就有强压力或强拉力。因为即4吏在这种情况下， 各个夹具43也能使各单元的基座41如上文所述牢固地固定在基座材料36 上，所组成的机构能长时间正确的运转。
图11示出另一个机械组成单元的示例。
图11A中箭头U3所指的单元是一种机械单元，来自进行往复运动的 传动器单元的沿X1-Y1方向的线性运动通过接头51a传递到齿条51b。该 线性运动传递到与齿条51b相啮合的小齿轮51c上变成旋转动动，并通过 与小齿轮耦合的输出齿轮51d传到另一单元上，作为旋转运动。在此情况 下，沿X1-Y1方向的线性运动的反作用力、相对于输出齿轮51d的旋转扭 矩的反抗扭矩等起着使基座41移动的力的作用。
在图11B中，参考数字U4所指的单元是一种机械单元，其通过输入 齿轮52a接收从另一单元输出的驱动力，并通过诸如锥齿轮的旋转轴转换 装置，使输入齿轮52a的旋转力传到转台52b上。在此情况下，如果目标 置于转台52b的偏心位置，当转台52b沿X2或Y2方向旋转时，单元U4 中会产生振动，从而使转台52b的轴心振动，并且所述振动起着使单元 U4的基座41移动的力的作用。
在图11C中，参考数字U5所指的单元是一种传动器单元，其中，参考数字53a表示汽缸，其被构造为沿X4-Y4方向绕铰链53b旋转。杆53c 能沿X3-Y3方向在气缸53a中伸长和收缩。因此，当操作汽缸53a时，将 活塞杆53c沿X3-Y3方向伸长和收缩所产生的^^作用力起^J^座41X4-Y4 之间任一方向移动的力的作用。具体地，对于单元U5，汽釭53a的运转方 向能在X4-Y4方向自由地改变，这样，机构运行时的反作用力也变得不确 定。因此，对单元的固定不是固定在特定方向上，而是有必要固定得足够 牢固，以应对任何方向上的反作用力。
显然，根据图ll所示单元的运行状态可知，在各单元中，整个单元产 生与其运行特性相应的独特的反作用力，并且所述反作用力起着使组成单 元的所述基本从所述基座材料上的特定位置移位的力的作用。从上述描述 显而易见的，根据本发明的夹具在任意方向都能牢固地固定单元的基座。
在根据本发明的系统中，组成用于实现特定目标的单元组成体的各单 元通过使用磁体的夹具能容易地可分离地固定到基座材料。利用这种结构， 各单元能容易牢固地固定在基座材料上所需的位置，同时其位置调整是可 能的，同样，作为单元组成体，对该设备的结构容易地进行调整、实验、 教学等也是可能的。
此外，例如通#杆操作、旋转部分的转动操作或在使用电磁体时电 源的开/关操作控制具有强磁力并附着在夹具上的磁体的磁力线。或者，代 替控制磁力线的方法，使用杠杆原理、螺杆的旋转操作等强行将所述夹具 从所述基座材料分离开。这使得容易地将所述夹具吸附到所述基座材料或 与所述基座材料分离，而不用特殊工具或很强的力是可能的。从而，同样 固定目标的位置也能容易地进行微调。
此外，通过使弹性材料如橡胶平放并安置于夹具的压紧部分，所迷弹 性材料具有高摩擦阻力并且能弹性形变，所述固定目标被所述夹具的压紧 部分和所述基座材料牢固地夹在中间，所述夹具主体通过磁力吸附到所述 基座材料。这样，所述固定目标被牢固地固定于所述基座材料上的预定位 置，使每个单元在长时间充分保持预定的机械装置，能抵抗驱动力、振动 等的反作用力，并没有所谓"后冲"。对于根据本发明中的夹具，已提供在自动化机械研究教学设备中安置 和固定所述机构组成单元的例子。然而，此夹具能净皮应用于所有这样的装
置其中，需要在放置表面的预定位置上牢固地安置想要的部件或装置， 所述放置表面朝向所i^座材料36且具有可穿透性。
权利要求
1.一种实验和教学系统，其中，多个具有功能元件诸如机械功能元件、光学功能元件、探测和测量功能元件或驱动功能元件的单元被连接、互锁或互相耦合以形成单元组成体，所述单元组成体是作为单元具有特定功能的机械，并根据所述单元组成体的功能等进行实验和教学，其中至少两个单元被构造成适当地安置于磁性基座材料上的任意位置，并且通过使用磁力的夹具，所述各单元在任意位置可分离地固定到所述基座材料，使得要固定在所述基座材料上的单元的位置能相互调整，以组成所述单元组成体。
2. 如权利要求l所述的使用多个单元的实验和教学系统，其中，在所 述夹具上提供压紧部分，使得通过所述夹具对所述基座材料的吸附力，所 述单元被所述基座材料和所述压紧单元夹在中间并固定。
3. 如权利要求1或2所述的使用多个单元的实验和教学系统，其中， 在所述压紧部分上形成由弹性材料制成的防滑部件。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的使用多个单元的实验和教学系统， 其中，所述压紧部分的位置能够根据所述单元的固定部件的压紧目标部分 的尺寸差别在挤压的方向上被移动和调整。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的使用多个单元的实验和教学系统， 其中，在至少两个单元中形成并提供用于所述夹具的固定部件，以^f吏压紧 目标的尺寸如板厚度在所述夹具的压紧部分的作用下不变。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的使用多个单元的实验和教学系统， 其中，至少一个单元的所述固定部件也充当所述单元的基座并且在所述基 座上提供有机械组成部件，所述组成部件为所述单元的所述功能元件。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的使用多个单元的实验和教学系统， 其中，形成孔、槽口等的部分4皮加工用来在至少一个单元的所述固定部件 上安置所述夹具；并且至少所述夹具的一部分被安置并容纳于用来安置所 述夹具的部分中，4吏得所述夹具不妨碍其它单元的固定。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的使用多个单元的实验和教学系统，其中，在至少一个单元的所述固定部件上提供痴^部件，所述接合部件与 如形成于所述夹具上的突出或者凹进部分的接合装置接合，使得当进行固 定所述单元时，如移动或旋转的夹具位置变化被阻止。
9.如权利要求1至8中任一项所述的使用多个单元的实验和教学系统， 其中，所述防滑部件允许所述夹具被吸附和固定到所述基座材料，并且当 所述单元的所述固定部件通过所述防滑部件被压紧和固定时，设置力的分小。
10. 如权利要求9所述的使用多个单元的实验和教学系统，其中，有 IHt地设定所述防滑部件的弹性系数，使得对于所述单元的所述固定部件 的压紧目标的尺寸变化，所述夹具自身对所述基座材料的吸附力的减弱效 应和对所述单元的所述固定部件的压迫力都足够的小。
11. 如权利要求1至10中任一项所述的使用多个单元的实验和教学系 统，其中，在所述夹具中提供有通过永磁体的操作实现的可分离机构，并 且通过所述可分离机构，控制所述永磁体的磁力线的路径，使得所述夹具 吸附到所述基座材料或与其分离。
12. 如权利要求ll所述的使用多个单元的实验和教学系统，其中，将 导磁部件分别附着到永磁体的两个磁极，以形成一组块，并且所述导磁部 件,皮加工成能够与另一组具有类似结构的块接触并在其上滑动，使得能通 过驱动所述块来控制所述永磁体的磁力线的路径。
13. 如权利要求1至10中任一项所述的使用多个单元的实验和教学系 统，其中，所述夹具设置有允许所述夹具被吸附到所述基座材料上的永磁 体和用于克服所述7JC^体的所述吸附力将所述夹具从所述基座分离开的分 离装置，使得所述夹具通过所述分离装置吸附到所述基座材料或与其分离。
14. 如权利要求13所述的使用多个单元的实验和教学系统，其中，具 有用于分离力的增大功能的诸如杠杆或螺杆的机构被提供作为分离装置。
全文摘要
本发明涉及一种使用多个单元的实验和教学系统，所述系统通过使用磁力，将如机械组成单元的固定目标物方便并牢固地固定到基座材料。例如，如图3中所示，将具有基座的机械组成单元在预定位置固定到基座材料时，使用内部本身具有可分离机构的夹具，并且该夹具放置于基座的槽口位置，处于未吸附状态，其中可分离机构的永磁体的磁力线穿透该夹具。在此情况下，将旋转筒旋转90度进入锁定状态，并且固定筒被牢固地吸附到基座材料，使得其中永磁体的磁力能穿透到基座材料侧。这样，作为目标的基座被固定筒的压紧部分和基座材料牢固地夹在中间，并且该基座在预定位置牢固地固定到基座材料，从而实现将固定目标固定在基座材料。
文档编号G09B25/02GK101409025SQ20071018060
公开日2009年4月15日 申请日期2007年10月9日 优先权日2007年10月9日
发明者熊谷卓, 熊谷英树 申请人:株式会社新兴技术研究所