CN104935114B - 不平衡负载下双轴的动态平衡机构 - Google Patents

不平衡负载下双轴的动态平衡机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了不平衡负载下双轴的动态平衡机构，包括双输出轴电机、一对减速机、一对主动轴、一对柔性耦合器、一对从动轴、扭矩检测装置和控制器。双输出轴电机的两个输出轴分别与一对减速机的输入端连接，该一对减速机的输出端分别与一对主动轴的一端连接，该一对主动轴的另一端分别与一对柔性耦合器的主动部连接，该一对柔性耦合器的从动部分别与一对从动轴连接；扭矩检测装置用于分别检测一对从动轴的扭矩，该扭矩检测装置的信号输出端与控制器的信号输入端连接，该控制器的第一控制输出端和第二控制输出端分别与一对柔性耦合器的控制输入端连接。本发明完成了在不平衡负载下双轴的闭环控制，由此达到动态平衡的目的，防止超负载损坏电机。

Description

不平衡负载下双轴的动态平衡机构
技术领域
本发明涉及不平衡负载下双轴的动态平衡机构。
背景技术
对于双输出轴电机而言，如果一直工作在不平衡负载下，会导致电机超负荷运行。如果电机超负荷运行，意味着电机不得不输出更大的功率,功率与电流的平方成正比，因此功率越大电机的工作电流也就越大。而电机的发热（热损）又是与电流的平方成正比的，所以当工作电流过大时，电机产生的热量难以及时散出，使温度越来越高，不仅影响电机的使用寿命，严重时甚至会烧毁电机。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够在不平衡负载下实现一对功率输出轴的输出扭矩动态平衡的动态平衡机构。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
不平衡负载下双轴的动态平衡机构，包括双输出轴电机、一对减速机、一对主动轴、一对柔性耦合器、一对从动轴、扭矩检测装置和控制器；双输出轴电机的两个输出轴分别与一对减速机的输入端连接，该一对减速机的输出端分别与一对主动轴的一端连接，该一对主动轴的另一端分别与一对柔性耦合器的主动部连接，该一对柔性耦合器的从动部分别与一对从动轴连接；扭矩检测装置用于分别检测一对从动轴的扭矩，该扭矩检测装置的信号输出端与控制器的信号输入端连接，该控制器的第一控制输出端和第二控制输出端分别与一对柔性耦合器的控制输入端连接。
由于本发明采用了以上的技术方案，其至少具有以下技术效果：
1、本发明的优点在于巧妙地采用了双输出轴电机，通过柔性耦合器和扭矩检测装置完成了在不平衡负载下双轴的闭环控制，由此达到动态平衡的目的，防止超负载损坏电机，并且简化了机构，节约了空间和成本；
2、本发明通过为双输出轴电机搭配柔性耦合器，能够解决机械联轴器因刚性连接造成的振动过大问题，同时电机可以在空载状态下启动，使启动电流的持续时间缩短。
附图说明
图1是根据发明一实施例的不平衡负载下双轴的动态平衡机构的结构示意图。
图2是根据本发明一实施例的控制器的原理框图。
图3是康复护理床支背的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图1。根据本发明一实施例的不平衡负载下双轴的动态平衡机构，包括双输出轴电机1、一对减速机2、一对主动轴3、一对柔性耦合器4、一对从动轴5、扭矩检测装置和控制器7。
双输出轴电机1的两个输出轴分别与一对减速机2的输入端连接，该一对减速机2的输出端分别与一对主动轴3的一端连接，该一对主动轴3的另一端分别与一对柔性耦合器4的主动部连接，该一对柔性耦合器4的从动部分别与一对从动轴5连接。
扭矩检测装置用于分别检测一对从动轴5的扭矩，该扭矩检测装置的信号输出端与控制器7的信号输入端连接。在图中所示的实施例中，扭矩检测装置包括用于分别检测一对从动轴5的扭矩的一对扭矩传感器6，该一对扭矩传感器6的信号输出端与控制器7的信号输入端连接。
控制器7的第一控制输出端和第二控制输出端分别与一对柔性耦合器4的控制输入端连接。控制器7用于接收扭矩检测装置检测到的一对从动轴5的扭矩，对该一对从动轴5的扭矩大小进行比较，并根据比较结果控制一对柔性耦合器4的输出扭矩，使一对从动轴5的扭矩达到平衡。
优选地，柔性耦合器为磁力联轴器。控制器为ARM微处理器。控制器可以通过调节磁力联轴器的主动盘与从动盘之间的气隙来实现磁力联轴器的输出扭矩、转速的变化。加大气隙则输出转速减小，输出转矩变大，减小气隙则输出转速变大，输出转矩变小。
如图2所示，控制器7进一步包括比较单元71和控制单元72。
比较单元71用于实时接收扭矩检测装置检测到的一对从动轴的扭矩T1和T2，并对T1和T2进行比较后输出比较结果。
控制单元72用于接收比较单元71输出的比较结果，如果一根从动轴的扭矩T1与另一根从动轴的扭矩T2之差的绝对值∣T1－T2∣≥X, X为预设的偏差阈值（例如为0.4Nm~0.6Nm），则对一对柔性耦合器4进行控制，其中：如果一根从动轴的扭矩T1大于另一根从动轴的扭矩T2，则使与一根从动轴相连的柔性耦合器的输出转矩变大，同时使与另一根从动轴相连的柔性耦合器的输出转矩变小，直至∣T1－T2∣＜X；如果一根从动轴的扭矩T1小于另一根从动轴的扭矩T2，则使与一根从动轴相连的柔性耦合器4的输出转矩变小，同时使与另一根从动轴相连的柔性耦合器4的输出转矩变大，直至∣T1－T2∣＜X；如果一根从动轴的扭矩T1与另一根从动轴的扭矩T2之差的绝对值∣T1－T2∣＜X，则说明此时两根从动轴的扭矩是平衡的，控制单元72无需对一对柔性耦合器4进行控制。
本发明的动态平衡机构可用于康复护理床的支背机构。图3是康复护理床的支背的示意图。
为了实现支背功能，可以设置两根推杆分别围绕一对从动轴5进行转动，以推动支背9转动。
病人在支背转动的过程中，无法始终保持重心在支背的正中心，常常会发生重心往左偏或者是往右偏的现象，而病人的重心偏移将导致两端从动轴5的不平衡负载。
如图3所示，当病人的重心O位于支背9的左侧时，则与支背左侧相对应的从动轴受到的力矩将大于与支背右侧相对应的从动轴受到的力矩，这时左侧扭矩传感器输出的电流将小于右侧扭矩传感器输出的电流，控制器根据采集到的电流变化，控制两侧磁力联轴器的主动盘与从动盘之间的气隙大小，使左侧磁力联轴器的主动盘与从动盘之间的气隙变大，输出速度下降，在功率一定的情况下，输出的扭矩变大，同时使右侧联轴器的主动盘与从动盘之间的气隙变小，输出速度增大，输出的扭矩变小，直到完成双轴的动态平衡。
当病人的重心位于支背9的右侧时，控制器控制右侧磁力联轴器的主动盘与从动盘之间的气隙变大，输出速度下降，在功率一定的情况下，输出的扭矩变大，同时使左侧联轴器的主动盘与从动盘之间的气隙变小，输出速度增大，输出的扭矩变小，直到完成双轴的动态平衡。
以上描述是结合具体实施方式和附图对本发明所做的进一步说明。但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方法来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内容的情况下根据实际使用情况进行推广、演绎，因此，上述具体实施例的内容不应限制本发明确定的保护范围。

Claims (5)

1.不平衡负载下双轴的动态平衡机构，其特征在于，包括双输出轴电机、一对减速机、一对主动轴、一对柔性耦合器、一对从动轴、扭矩检测装置和控制器；
所述双输出轴电机的两个输出轴分别与一对减速机的输入端连接，该一对减速机的输出端分别与所述一对主动轴的一端连接，该一对主动轴的另一端分别与一对柔性耦合器的主动部连接，该一对柔性耦合器的从动部分别与一对从动轴连接；
所述的扭矩检测装置用于分别检测一对从动轴的扭矩，该扭矩检测装置的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接，该控制器的第一控制输出端和第二控制输出端分别与一对柔性耦合器的控制输入端连接；
所述控制器用于接收所述扭矩检测装置检测到的一对从动轴的扭矩，对该一对从动轴的扭矩大小进行比较，并根据比较结果控制所述一对柔性耦合器的输出扭矩，使一对从动轴的扭矩达到平衡。
2.根据权利要求1所述的不平衡负载下双轴的动态平衡机构，其特征在于，所述的控制器包括：
比较单元，用于实时接收扭矩检测装置检测到的一对从动轴的扭矩T1和T2，并对T1和T2进行比较后输出比较结果；
控制单元，用于接收所述比较单元输出的比较结果，如果一根从动轴的扭矩T1与另一根从动轴的扭矩T2之差的绝对值∣T1－T2∣≥X, X为预设的偏差阈值，则对所述的一对柔性耦合器进行控制，其中：如果一根从动轴的扭矩T1大于另一根从动轴的扭矩T2，则使与所述一根从动轴相连的柔性耦合器的输出转矩变大，同时使与所述另一根从动轴相连的柔性耦合器的输出转矩变小，直至∣T1－T2∣＜X；如果一根从动轴的扭矩T1小于另一根从动轴的扭矩T2，则使与所述一根从动轴相连的柔性耦合器的输出转矩变小，同时使与所述另一根从动轴相连的柔性耦合器的输出转矩变大，直至∣T1－T2∣＜X。
3.根据权利要求1或2所述的不平衡负载下双轴的动态平衡机构，其特征在于，所述的控制器为ARM微处理器。
4.根据权利要求1所述的不平衡负载下双轴的动态平衡机构，其特征在于，所述的柔性耦合器为磁力联轴器。
5.根据权利要求4所述的不平衡负载下双轴的动态平衡机构，其特征在于，所述的扭矩检测装置包括用于分别检测一对从动轴的扭矩的一对扭矩传感器。
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