CN1038531A - 主控轴和执行轴之间转角和力的遥控传送装置 - Google Patents

Abstract

一种遥控传送装置，其同步电机(1，2)配备有轴位传感器(9，10)，传感器输出端接在定子磁场幅值给定部件(11)的输入端，后者的输出端与同步电机绕组中形成电流用的部件(13)的控制输入端(12)相联，部件(13)的输出端与同步电机(1、2)对接在一起的相应绕组相联，而其主控输入端(14)则接在给定定子磁场方向用的部件(15)的输出端。部件(15)的输入端(16，17)至少要和一个传感器(9)及部件(11)电联接。

Description

本发明涉及电机，更确切地说属于主控轴和执行轴间转角和力的遥控传送装置。

本发明能够卓有成效地应用在运转操作技术中，其中包括仿形机械手。

已知的仿形机械手，目前基本上用在对操作者生命危险的极端条件下。因此，对以运动学方式跟仿形机械手主控及执行机构的相应构件联在一起、並且保证其在空间有相适应位置的主控轴和执行轴之间转角和力的遥控传送装置来说，所提出的要求是可靠性强，寿命要长，跟具有颇大适应能力的操作者的参数匹配要好，而且转角和力的遥控传送精度要高，其中包括当主控轴的位置和载荷力矩（因而还有仿形机械手主控及执行机构中产生的力）发生迅速改变的情况。

作为已有技术存在的主控轴和执行轴之间转角和力的遥控传送装置，它包括与主控轴及执行轴运动学相联的主控整流子直流电动机及执行整流子直流电动机以及这些电动机轴的位置传感器和转速传感器。上述整流子电动机的绕组分别和控制这些电动机的信号放大器的输出端相联，而其轴的位置传感器和转速传感器分别与相应比较元件的输入端相联，比较元件的输出端则接在相应信号放大器的输入端（参见И.М.Егоров等人所著《双侧作用随动系统设计》一书28～29页，机械工业出版社，1980，莫斯科）。对于主控轴和执行轴之间转角和力的遥控传送来说，这种装置能够提供很高的传送精度。但是由于其中采用了整流子电动机，于是就使所述装置的可靠性和寿命降低，这是因为整流子电动机含有电刷-整流子部件，在极端条件下很快就会停止工作，而仿形机械手实际总是在极端条件下使用。除此而外，可靠性的降低还由于存在着两个速度传感器和两个控制信号放大器，也就是说在遥控传送转角和力的两个相互关联的通道里存在着重复的功能部件。可靠性差的结果，使这种装置在机械手方面的应用遇到了极大的困难。

已知的还有一种主控轴和执行轴之间转角和力的遥控传送装置，它包括主控异步电动机和执行异步电动机，这些电动机的轴跟主控轴和执行轴、位置传感器以及转速传感器以运动学方式相联。位置传感器的输出端接在第一个比较元件的输入端，而其输出端接在第二个比较元件输入端之一上;第二个比较元件的另一个输入端与速度传感器的输出端相联，而其输出端则接入控制主控及执行异步电动机的信号放大输入端。异步电动机的控制绕组串联並对接在控制信号放大器的输出端，而它们的激励线圈则接在交流电网上（参见Б.А.Петров所著《机械手манцпул торы》一书第126～127页，1984，机械工业出版社，列宁格勒）。

与前述装置相比，后一种装置在极端条件下使用具有更大的可靠性和更长的寿命，因为不存在电刷一整流子部件，但由于异步电动机结构上的某些特点，其中包括转子与定子之间的间隙太小以及工作时的显著温升，故这种装置在一系列领域中应用的可靠性不够。除此而外，异步电动机的特点是起动和制动时间长，当主控轴的转角和载荷力矩发生迅速改变时，会使转角和力的遥控传送精度降低。

已知的另一种主控轴和执行轴之间转角和力的遥控传送装置，它包括主控同步电机和执行同步电机，这些电机的轴分别以运动学方式与主控和执行轴以及位置传感器相联，其中一个位置传感器的输出端接在电机绕组中形成电流用的部件的主控输入端，它的控制输入端则与电机定子磁场幅值给定部件的输出端进行电联结（此定子磁场幅值给定部件是在比较元件的基础上实现的，其输入端跟位置传感器的输出端相联），而电机绕组中形成电流用的部件的输出端接在彼此电联一起的相应的电机绕组上（参见苏联专利公开SU1，176，425）。

与上述装置相比，这一种装置在极端条件下使用具有更大的可靠性和更长的寿命，因为利用的是不含电刷一整流子部件的同步电机，而且与异步电机相比，转子与定子之间有更大的间隙。但此装置的结构如此，以致于在仿形机械手应用的一系列领域中转角和力的遥控传送精度不够高，因为此装置中存在着静误差，这是由于同步电机轴不存在失配时其转矩为零决定的。之所以出现这种情况，是因为主控或者执行同步电机转子和定子的磁场方向，这时是一样的。上述情况会使仿形机械手的工作精度降低。

已知的还有另一种主控轴和执行轴之间转角和力的遥控传送装置，它包括主控同步电机和执行同步电机，这些电机的轴分别以运动学方式与主控和执行轴以及位置传感器相联。位置传感器的输出端接在主控同步电机和执行同步电机定子磁场幅值给定部件和输入端，而后者的输出端与同步电机绕组中形成电流用的部件的控制输入端实行电联结;形成电流用的部件的输出端接在主控同步电机和执行同步电机彼此对接的相应绕组上，而接在其主控输入端的是给定主控和执行同步电机定子磁场方向部件的输出端，提供给后者输入端的则是有关主控和执行同步电机轴位置的信息（参见苏联专利公开SU.1，257，690）。

上述装置里的主控和执行同步电机定子磁场幅值给定部件，是在比较元件的基础上完成的，其输入端与位置传感器的输出端相联，而在主控和执行同步电机绕组中形成电源，是根据送入电流形成部件控制输入端信号的绝对值实现的，因为给定主控和执行同步电机定子磁场方向的部件是在加法器（сумматор）的基础上实现的，加法器的输出端跟1∶2分频电路的输入端相联，而加法器的输入端则与位置传感器的输出端相联。

上述装置能够保证主控轴和执行轴之间力的遥控传送有较高的精度，是由于转角的遥控传送是和力的传送同时实现的，而且转角的传送精度更高。但是在将该装置应用于仿形机械手时，对于有些应用领域的精度是不够的，其中包括外部载荷力矩作用不存在静误差的情况。静误差的产生，是由于给定主控和执行同步电机定子磁场方向部件结构上的特点，即在电机轴失配为零的情况下，主控和执行同步电机转子和定子的磁场取向相同的缘故。

作为本发明基础提出来的任务是要建立一种主控轴和执行轴间转角和力的遥控传送装置，在这种装置中，当主控和执行同步电机的转子磁场取向相同时，这些电机中仍然会有转矩存在，从而就能在主控和执行同步电机绕组存在对接的情况下提高转角和力的传送精度。

解决上述任务的方法是，在含有主控及执行同步电机的主控轴和执行轴之间转角和力的遥控传送装置中，这些电机的轴分别以运动学方式与主控轴和执行轴以及位置传感器相联，传感器的输出端接在主控和执行同步电机定子磁场幅值给定部件的输入端，而后者的输出端与在主控和执行同步电机绕组中形成电流用的部件的控制输入端实行电联接;绕组中形成电流用的部件的输出端与彼此对接在一起的主控和执行同步电机的相应绕组相联，而接在该部件主控输入端的是给定主控和执行同步电机定子磁场方向用的部件的输出端，提供给后一部件输入端的则是有关主控及执行同步电机轴位置的信息。根据本发明，给定主控及执行同步电机定子磁场方向的部件，其输入端至少要和一个位置传感器的输出端以及主控和执行同步电机定子磁场幅值给定部件的输出端实行电联接。

在这种遥控传送装置中，最好让给定主控和执行同步电机定子磁场方向用的部件含有继电器、乘法器（умнож    атель）、对应180°角的信号给定器和加法器。提供给继电器输入端的是和主控和执行同步电机定子磁场振幅相对应的信号;乘法器的一个输入端与继电器的输出端相联;信号给定器接在乘法器的另一个输入端;加法器的一个输入端接在乘法器的输出端，而提供给加法器另一个输入端的则是与主控或者执行同步电机轴的位置对应的信号。

在这种遥控传送装置中，当给定主控和执行同步电机定子磁场方向用的部件同两个位置传感器的输出端相联时，比较有益的作法是使它含有能够确定与主控和执行同步电机定子磁场幅值对应信号极性用的电路、以其一个输入端接在此确定信号极性用的电路输出端的乘法器、接在该乘法器另一个输入端上的对应于90°角的信号给定器、以其一个输入端接在该乘法器输出端的第一个加法器、输出端接在第一个加法器另一个输入端的1∶2分频电路以及输出端接在1∶2分频电路输入端的第二个加法器，而提供给第二个加法器输入端的则是和主控及执行同步电机轴的位置对应的信号。

比较有效的作法是使此遥控传送装置含有主控和执行同步电机定子磁场幅值修正部件，其输入端接在主控和执行同步电机定子磁场幅值给定部件的输出端，而其输出端则与给定主控和执行同步电机定子磁场方向用的部件的输入端以及在主控和执行同步电机绕组中形成电流用的部件的控制输入端相联。

这种主控轴和执行轴之间遥控传送转角和力的装置，能够保证很高的转角传送精度，其中包括能够消除主控和执行同步电机转子磁场方向一致时由于这些电机中存在转矩而引起的静误差。这样就能在轴失配不大的情况下提高此装置的快速动作，保证操作者工作方便，因为它不应当为补偿静误差去修正自己的动作。由于同步电机转子和定子磁场之间的角度大小很接近，就能保证以很高的精度将力传送给主控轴。由此就可以达到转角和力的遥控传送装置参数与控制器特性的匹配。所有这一切与遥控装置高的可靠性相配合，便能提高由操作者一机械手生物技术系统完成操作的质量。

随后本发明将通过具体实施例及附图加以说明，其中

图1表示本发明所述主控轴和执行轴之间转角和力的遥控传送装置功能性部件图，两个位置传感器之一上接有给定主控和执行同步电机定子磁场方向用的部件;

图2表示如图1所示的内容，並表示给定主控和执行同步电机定子磁场方向部件的功能图，部件接在另一个位置传感器上;

图3表示如图1所示的内容，並表示给定主控和执行同步电机定子磁场方向部件功能图的另一种方案，此给定电机定子磁场方向部件接在两个位置传感器上;

图4表示如图2所示的内容，並表示本发明所述主控和执行同步电机绕组中形成电流用的部件以及主控和执行同步定子磁场振幅修正用的部件的功能图;

图5a、5b、5c、5d表示图1所提出来的遥控装置方案中同步电机定子及转子的磁场向量图;

图6a、6b、6c、6d表示图2所提出来的遥控装置方案中同步电机定子及转子的磁场向量图;

图7a、7b、7c、7d表示图3所提出来的遥控装置方案中同步电机定子及转子的磁场向量图。

这种主控轴和执行轴之间转角和力的遥控传送装置        包括主控同步电机1和执行同步电机2（图1），这些电机的轴        是以运动学方式分别和主控轴5及执行轴4相联的，在所述方案中是通过离合器7和8相联。为了降低主控和执行轴5、6的转速，其与主控同步电机1和执行同步电机2的轴3、4的连接是经过减速器实现的（图中未表示）。

同步电机1、2分别配备有轴的位置传感器9、10。轴位传感器9、10的输出端分别接在主控和执行同步电机定子磁场幅值给定部件11的相应输入端，后者的输出端通过电联结，而在所述方案中是直接接在主控和执行同步电机绕组中形成电流用的部件13的控制输入端12上的。绕组中形成电流用的部件13的输出端，其个数等于同步电机1、2的绕组个数，被接在彼此对接在一起的主控和执行同步电机1、2相应绕组上。由于同步电机1的绕组个数等于同步电机2的绕组个数，而不同类型的同步电机其绕组数可能是不同的，故在图1中並未表示绕组本身，而形成电流用的部件13与绕组的联结以及绕组与绕组之间的电联结，仅用一条实线示意表示。

接在绕组中形成电流用的部件13主控输入端14的是给定同步电机定子磁场方向用的部件15的输出端，而给定磁场方向部件15的输入端至少要和一个位置传感器（9或10）的输出端以及定子磁场幅值给定部件11的输出端实行电联结。在上述方案中，给定磁场方向部件15的输入端16接在位置传感器9的输出端，而其输入端17则与磁场幅值给定部件11的输出端相联。

在将主控同步电机1的轴位传感器9或者执行同步电机2的轴位传感器10与给定定子磁场方向用的部件15相接的情况下，给定磁场方向部件15还包括有继电器18（图2），譬如可在斯未特（Щмитта）触发器的基础上实现，其输入端就是给定磁场方向用的部件15和输入端17，提供此输入端的是和主控和执行同步电机1、2定子的磁场幅值相应的信号，而其输出端跟乘法器19的一个输入端相联，接在乘法器19另一个输入端的是对应180°角的信号给定器20。乘法器19的输出端接在加法器21的一个输入端，加法器的另一个输入端则作为给定定子磁场方向用的部件15的输入端22，在上述方案中接在输入端22的是位置传感器10的输出端。

在将两个轴位传感器9和10与给定定子磁场方向用的部件15相接的情况下，给定定子磁场方向用的部件15还包括能够确定与主控和执行同步电机1、2定子磁场幅值对应信号极性用的电路23（图3），在上述方案中是在带有开路反馈的运算放大器基础上实现的，其输入端用作给定磁场方向部件15的输入端17。确定信号极性用的电路23的输出端接在乘法器24的一个输入端，而乘法器24的另一个输入端则和对应于90°角的信号给定器25相联。乘法器24的输出端接在加法器26的一个输入端，而加法器26的另一个输入端则与1∶2分频电路27的输出端相联，1∶2分频电路27的输入端接在加法器28的输出端。加法器28的输入端用作给定磁场方向部件15的输入端29和30，它们分别接在位置传感器9和10的输出端。

为了提高转角和力的传送精度，在定子磁场幅值给定部件11（图4）的输出端（在所述方案中此部件是在比较元件的基础上实现的）接有主控和执行同步电机定子磁场幅值修正部件31的输入端，幅值修正部件31的输出端则和给定定子磁场方向用的部件15的输入端17以及绕组中形成电流用的部件13的控制输入端12相接。磁场幅值修正部件31的输入端，在所述方案中就是积分器32以及加法器33输入端之一的联合输入端，而加法器33的另一个输入端接在积分器32的输出端。加法器33的输出端用作磁场幅值修正部件31的输出端。

在所有上述方案中同步电机1、2的相应定子绕组都是对接的，而且这种联接既可以是串联的又可以是并联的。此外，如图4所示，此遥控传送装置中使用的是三相同步电机1和2，也就是说是带三个绕组的。在这种情况下图4所示的绕组中形成电流用的部件13的结构是这样确定的，提供给该部件控制输入端12和主控输入端14的，是以编码形式出现的有关同步电机1、2定子磁场的幅值和方向的信息。用作为绕组中形成电流用的部件13的主控输入14，是固定存储器34的地址输入，而在该存储器34中存储有脉冲时延码和脉冲极性码，提供给同步电机1、2的绕组。固定存储器34的输出汇流条，接在将码变换为脉冲时延的译码器36的控制输入端35，译码器36的个数等于每台同步电机1、2中绕组的个数。在所述方案中的每个译码器36都包括减法计数器37和一个双入口“与”逻辑元件38，减法计数器37的调节输入用作译码器36的控制输入35，而双入口“与”逻辑元件38的输出端接在减法计数器37的减法输入端39。减法计数器37借位的反向输出端接在“与”逻辑元件38的入口40上，並且作为译码器36的输出。为了简化对绕组中形成电流用的部件13的说明，图4中仅只给出一个译码器36的原理图。

所有译码器36的输出端均与相应换向器（коммутатор）42给定脉冲时延的输入端41相联，换向器的个数等于每台同步电机1、2中绕组的个数。在所述方案中每个换向器42都包括两块双入口“与”逻辑元件43和44，它们的第一输入端联在一起並作为换向器42的输入端41。“与”逻辑元件43的第二输入端接在倒相器45的输入端，用作换向器42给定脉冲极性的输入端46，並且接在固定存储器34的相应输出端。倒相器45的输出接在“与”逻辑元件44的第二输入端。“与”逻辑元件43和44的输出分别接在开关（ключ）47和48的控制输入端，开关47、48的动力输入端接在电压源49上，而其输出端联在一起，用作换向器42的输出並作为绕组中形成电流用的部件13的相应输出，如上所述接在同步电机1、2相应的绕组上。为了简化对绕组中形成电流用的部件13的说明，图4中仅只给出一个换向器42的原理图。

用作绕组中形成电流部件13控制输入12的是确定控制信号幅值用的电路50的输入，此电路50的输出接在减法计数器52的调节输入端51上，该减法计数器52借位的输出端与此减法计数器52的写入端相联，接在能将码变换为脉冲时延的译码器36的给定脉冲时延输入端53。每个译码器36的输入53都可作为“与”逻辑元件38的第二个输入。接在减法计数器52减法输入端54的是主控振荡器55的输出端，而主控振荡器55还和分频器56的输入端相联。分频器56的输出接在能将码变换为脉冲时延的译码器36的写入端57。每个译码器36的写入端57，也就是相应减法计数器37的输入端。

为了更好地理解主控轴和执行轴间转角和力遥控传送装置的工作情况，图5、6、7（包括其中的a、b、c、d）提供的是这种遥控传送装置处在不同工作状态情况下，对应主控同步电机和执行同步电机1、2转子的磁场向量图 φ_rz， φ_ri以及这些主控和执行同步电机1、2定子的磁场向量图 φ_sz， φ_si。

这种主控轴和执行轴间转角和力的遥控传送装置，其工作方式如下。根据和主控同步电机1的轴3相连的位置传感器9（图1）提供的信号，通过给出主控和执行同步电机1、2定子的磁场方向 φ_sz和 φ_si，以使主控同步电机1转子磁场 φ_rz或执行同步电机2转子磁场 φ_ri同相应定子磁场 φ_sz及 φ_si之间的夹角为固定值（或者在由于存在电磁时间常数而确定的范围内变化）。保证这一点是可能的，譬如可以通过在同步电机1和2定子绕组中分别产生电压，並使该电压的向量和与 φ_rz或 φ_ri构成一个大小不变的角度。在所述方案的装置中给出的固定角是指（ φ_sz），而为了提高其有效作用系数，最好令其等于90°。由于主控和执行同步电机1，2的定子绕组是对接在一起的，因而它们的定子磁场向量 φ_sz和 φ_si之间的角度等于180°。对于主控和执行同步电机1、2的转矩来说，可分别将它们用M₁和M₂来表示，于是可以写出下式：

式中K₁及K₂为由同步电机1、2结构所确定的参数，其中包括转子和定子的形状，两者之间空气间隙的大小以及同步电机的尺寸。增大或者减小主控和执行同步电机定子磁场幅值给定部件11的输出信号，将会相应地导致定子磁场幅值φ_sz和φ_si的增加或减小，並可如图1看到的那样导致同步电机1、2转矩M₁和M₂的增大。因此，当控制器的转矩M_z及M_i或负载增大时，由于主控及执行同步电机定子磁场幅值给定部件11的输出信号的增加，主控轴和执行轴5和6将驱使朝向M_z及M_i中大一些的作用方向运动（当K₁＝K₂时）。当定子磁场幅值给定部件11的输出信号极性发生改变时，给定定子磁场方向用的部件15的输出信号将以一定方式改变，以使同步电机1、2定子的磁场 φ_sz， φ_si反相，即它们的方向改为相反的方向。当给定定子磁场方向用的部件15的输入端跟位置传感器9、10之一的输出端相接时，此反相作用是通过将一个相应于180°角的信号附加在此位置传感器9、10的信号上来实现的。在所述方案的装置中，反相作用是借助继电器18（图2）实现的，在磁场幅值给定部件11的输出信号为一种极性时，其输出端确立的信号等效于“1”，而在相反极性时其确立的信号等效于“0”。乘法器19将其与信号给定器20提供的对应于180°角的信号相乘，而后由加法器21实现此乘法器19输出信号与来自位置传感器之一（其中也就是传感器10）的信号相加，而同步电机1、2的定子磁场方向 φ_sz， φ_si就是根据该位置传感器的信号给定的。

在保证转角遥控传送精度高的前提下，为了提高力的遥控传送精度，在给定定子磁场方向用的部件15中，通过加法器28和1∶2分频电路27的工作（图3），使在该分频电路27的输出端形成一个和同步电机1、2相应转子转角α_z，α_i的算术平均值对应的信号。当定子磁场幅值给定部件11的输出信号为一种极性时，确定该部件输出信号极性用的电路23在输出端提供的是等效于“1”的信号;而当振幅给定部件11的输出信号为相反极性时，所提供的是等效于“-1”的信号。

在这种情况下，通过将确定极性用的电路23的输出信号乘以信号给定器25相应于90°角的信号，在加法器26的输出端将要形成一个信号，根据该信号确立的主控和执行同步电机1、2定子的磁场 φ_sz， φ_si，对由同步电机1、2的轴3、4转角算术平均值确定方向的向量是垂直的。因此，对表示如图1、2、3所示功能性方框图的装置来说，当同步电机1、2转子的磁场方向重合时，其定子的磁场将垂直于转子的磁场，也就是说在定子磁场幅值不为零的情况下，由公式（1）确定的转矩M₁、M₂将不为零。因此，可以把与操作者及负载建立的转矩有关的静误差减小，而在定子磁场幅值修正部件31（图4）存在的情况下，可使其为零。例如在定子磁场修正部件31做成积分器32与加法器33並联形式时，只有当主控轴5及执行轴6不存在失配的条件下，即α_z和α_i相等，在这种转角和力的遥控传送装置中才能达到平衡位置。

同步电机1、2定子的磁场方向码，从给定定子磁场方向用的部件15的输出端送给固定存储器34的地址输入端，並在固定存储器34中写入供给同步电机1、2三个绕组的脉冲时延码和脉冲极性码。对功能图1、2、4表示的装置来说，这些码能够保证同步电机1、2定子的磁场取向与 φ_rz或 φ_ri的方向垂直;而对于功能图3表示的装置来说，所保证的磁场取向与从给定磁场方向部件15输出码给定的方向一致。由固定存储器34出来的脉冲时延码，将沿着把码变换为脉冲时延的译码器36的控制输入端35带给减法计数器37（图中只给出一个减法计数器37）。这些码录入的频率是固定的，而这种录入是根据实施主控振荡器55分频和分频器56输出的脉冲实现的，这些码被送入译码器36的写入端57。在将非零码写入之后，减法计数器37的借位反相输出端将出现用于主控馈给同步电机1、2定子绕组的脉冲起点的逻辑1信号。在这种情况下逻辑1信号还将出现在“与”逻辑元件38的输入端40，从而使由减法计数器52输出的脉冲经过“与”逻辑元件38送入计数器37的减法输入端39。脉冲的跟随周期，等于主控振荡器55脉冲的跟随周期乘以（умноженны ）由确定控制信号幅值用的电路50输出並供给减法计数器52调节输入端51的控制信号幅值码，因而减法计数37借位输出端脉冲的时延也与此幅值码成正比。当减法计数器37中的脉冲数等于零时，上述借位输出端的脉冲就将终止，这时在借位输出端将出现逻辑零信号，而且由减法计数器52借位输出端经过“与”逻辑元件38供给减法计数器37减法输入端39的脉冲，就将中断。

根据从固定存储器34输出端送入换向器42给定脉冲极性输入端46的极性码，借助受“与”逻辑元件43和44分别控制的开关47或48，将电机绕组接在电压源49的一个极或另一个极上。因而就能保证同步电机1、2定子绕组中电压的有效值与绕组中形成电源用的部件13控制输入端12码的大小成比例。

以下将借助图5（包括a、b、c、d）提供的向量图，列举图1中表示的主控轴和执行轴间转角和力的遥控传送装置的工作情况。

假定同步电机1、2转子和定子的磁场方向在开始的一瞬间用图5a中的实线表示，这时定子磁场 φ_sz和 φ_si（其转角分别用α_sz和α_si表示）之间的角度等于180°。转矩的数字表示式可由公式（1）写出：

其中K₁′及K₂′可由下式确定：

φK₁′＝ (φ_SZK₁)/(｜α_Z- α_i｜) ;K₂′＝ (φ_SiK₂)/(｜α_Z- α_i｜) （3）

开始瞬间轴3与轴4的失配由Δα表示。假设在主控轴5的固定位置将载荷力矩M_i加大，那么在M_i＞M₂的作用下，执行轴6将顺时针旋转到由α_i′角表征的方向，这时的失配将增大到Δα′，而同步电机1、2的转矩M₁和M₂将增大到与公式（2）相应。因此，操作者感受到M_i的增大，而M₂的增加将导致执行轴6停止转动以及新的平衡位置的建立（图5a中用虚线表示），这时的静误差Δα和Δα′可以通过选择减法计数器52的有效位数做到足够小。

如果操作者从图5b中以实线表示的起始方向实现将主控轴5转动一个δα角，那么 φ_sz和 φ_si也将转动一个同样角。这时磁场 φ_sz， φ_si的幅值以及转矩M₁，M₂将会增加，而由于M_i不变，故将导致执行轴6转动一个同样的角度δα。通过类似的方式可以实现在相反方向上的转动，而且由于幅值修正的存在，轴5和轴6的失配等于零。如将载荷力矩M_i的方向改变为相反的方向，那么幅值给定部件11因而还有幅值修正部件31的输出信号极性也将改变从而驱使同步电机1、2的定子磁场 φ_sz和 φ_si反相。同步电机1、2磁场的起始方向，在图5c中用实线表示，而定子磁场 φ_sz′， φ_si′的新方向，用虚线表示。在同步电机1、2定子磁场 φ_sz， φ_si的幅值等于零的情况下实现反相，而其幅值随后将增大，直至建立新的平衡位置。这时旋转矩M₁，M₂的作用方向将发生改变，因而，通过作用在操作者手上来自主控轴5一方作用力方向的改变，操作者感觉到载荷力矩M_i的方向发生变化。当主控轴5的转角因而也就是转子及定子的磁场方向从图5d中实线表示的起始位置改变一个δα角时，转矩M₁、M₂将按公式（2）增大。由于载荷力矩M_i未发生变化，因而执行轴6也将转动同样一个角度。在转变过程结束之后，如图5d中以虚线表示的同步电机1、2磁场的新方向就会建立。

如果在图6a中以实线表示的定子及转子磁场起始方向时将执行轴6固定並增大M_z，那么φ_rz将逆时针旋转，从而引起同步电机1，2转矩M₁、M₂的增加，考虑到以前采用过的符号，此转矩M₁、M₂的数字表示式取下述形式（定子磁场幅值未加修正），

由于同步电机1、2定子的磁方向是根据位置传感器10（图2）的信号给定的，所以同步电机1、2磁场的新方向在图6a中是用虚线表示的。

假如操作者转动主控轴5，那么就会引起如图6b中某种失配δα的出现，这时 φ_sz， φ_si就会减小，因而M₁，M₂也会减小。当M_i不变时，这样就会引起与其相关的磁场 φ_sz， φ_si的转动。在转变过程结束之后，新的平衡位置就要建立，其磁场方向在图6b中用虚线表示。

在图6c中提供的是同步电机1、2磁场反相时，其磁场 φ_sz， φ_si的向量图，它和以前在图5c中表示的情况是相同的。

在将主控轴5转动一个δα角时，由于在主控轴5中由操作者发出的转矩M_Z的增大，基于前述同样的原因，磁场 φ_sz， φ_si的幅值因而还有M₁，M₂将增大。由此而引起 φ_ri以及 φ_sz， φ_si一起转动，而且磁场方向由图6d中实线表示的变为虚线表示的。

当信号是从两个位置传感器9和10（图3）提供给定磁场方向用的部件15输入端29和30时，同步电机1、2磁场的起始方向表示如图7a中的实线所示。在这种情况下，同步电机1、2的轴3和4因而也就是主控轴5和执行轴6之间，将出现失配Δα，而角（ φ_sz）＝（

φ_si）＝90°- (Δα)/2 。同步电机1、2的转矩M₁、M₂表示式有下述形式：

也就是说在这种方案的装置中，力的遥控传送要比图1、2表示的方案稍微精确一些，但在采用磁场幅值修正部件31（图4）的情况，对所有上述方案的装置来说，力的传送精度接近一样。

当同时增大M_z和M_i时， φ_sz和 φ_si也将增大，从而导致M₁和M₂的增加以及主控和执行轴5、6的转动。这时同步电机1、2磁场的方向，在转换过程结束之后将由图7a中实线表示的方向过渡到虚线表示的方向。在将主控轴5从图7b中实线表示的起始方向转动某个角度δα时，定子的磁场 φ_sz， φ_si则借助给定磁场方向用的部件15（图3）转动 (δα)/2 角。这将导致（ φ_si， φ_ri）的减小和（ φ_sz， φ_rz）的增加，而且在M_i固定的作用下（由于 φ_si的转动而变得比M₂大），执行轴6将会转动，从而导致 φ_sz和 φ_si方向的变化。在转换过程结束之后重新建立同步电机1、2磁场的新方向，表示如图7b中的虚线方向。

磁场 φ_sz和 φ_si的反相，表示在图7c中，它可以导致转矩M₁和M₂方向的变化。如图1、2表示的上述方案的装置中那样，这种反相是在磁场 φ_sz和 φ_si的幅值等于零时实现的。

假如操作者从图7d中实线表示的方向将主控轴5逆时针转 (δα)/2 角，那么 φ_sz和 φ_si将按照类似方式转δα角。这将导致M₁和M₂的增大，而且当载荷力矩M_i不变时，可导致执行轴6在同一方向上转动。在转换过程结束之后，重新独立主控及执行同步电机1、2磁场的新方向，在图7d中用虚线表示。

由此可见，在所推荐的这种转角和力的遥控传送装置中，能够保证转角和力遥控传送的高精度。其结果是遥控装置的特性与操作者的参数匹配良好，而且操作者-仿形机械手生物技术系统的工作质量比较高。

Claims (4)

1、一种主控轴和执行轴间转角和力的遥控传送装置，它包括主控及执行同步电机(1、2)，这些电机的轴(3、4)分别以运动学方式与主控轴(5)和执行轴(6)以及位置传感器(9、10)相联，传感器的输出端接在主控和执行同步电机定子磁场幅值给定部件(11)的输入端，而后者的输出端与在主控和执行同步电机绕组中形成电源用的部件(13)的控制输入端(12)实行电联接；绕组中形成电源用的部件(13)的输出端与彼此对接在一起的主控和执行同步电机(1、2)的相应绕组相联，而接在该部件主控输入端(14)的是给定主控和执行同步电机定子磁场方向用的部件(15)的输出端，提供给后一部件输入端的则是有关主控及执行同步电机(1、2)轴(3、4)位置的信息，其特征在于：给定主控及执行同步电机定子磁场方向的部件(15)，其输入端(16或22、17)至少要和一个位置传感器(9或10)的输出端以及主控和执行同步电机定子磁场幅值给定部件(11)的输出端实行电联接。

2、如权利要求1所述的遥控传送装置，其特征在于：给定主控和执行同步电机定子磁场方向用的部件（15）包含继电器（18）、乘法器（19）、对应180°角的信号给定器（20）和加法器（21），提供给继电器（18）输入端的是和主控和执行同步电机（1、2）定子磁场幅值相对应的信号;乘法器（19）的一个输入端与继电器（18）的输出端相联;信号给定器（20）接在乘法器（19）的另一个输入端;加法器（21）的一个输入端接在乘法器（19）的输出端，而提供给加法器（21）另一个输入端的则是与主控同步电机（1）的轴（3）或执行同步电机（2）的轴（4）的位置对应的信号。

3、如权利要求1所述的遥控传送装置，其特征在于：当给定主控和执行同步电机定子磁场方向用的部件（15）同两个位置传感器（9、10）的输出端相联时，它包含能够确定与主控和执行同步电机（1、2）定子磁场幅值对应信号极性用的电路（23）、以其一个输入端接在此确定信号极性用的电路（23）输出端的乘法器（24）、接在该乘法器（24）另一个输入端上的对应于90°角的信号给定器（25）、以其一个输入端接在该乘法器（24）输出端的第一个加法器（26）、输出端接在第一个加法器（26）另一个输入端的1∶2分频电路（27）及输出端接在1∶2分频电路（27）输入端的第二个加法器（28），而提供给第二个加法器（28）输入端的则是和主控及执行同步电机（1、2）轴（3、4）的位置对应的信号。

4、如权利要求1～3所述任一权利要求的遥控传送装置，其特征在于它包含主控和执行同步电机定子磁场幅值修正部件（31），其输入端接在主控和执行同步电机定子磁场幅值给定部件（11）的输出端，而其输出端则与给定主控和执行同步电机定子磁场方向用的部件（15）的输入端（17）以及在主控和执行同步电机绕组中形成电流用的部件（13）的控制输入端（12）相联。

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