CN105974883A - 一种运动机构及其控制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运动机构及其控制装置与方法。其运动机构包括框体组件以及可在框体组件内部沿直线运动轨迹往返运动的移动装置，通过在框体组件内设置一由多个白色条码和黑色条码组成的反光条，再在移动装置上设置一光电管，利用光电管采集反光条不同区域，得到不同光电信号周期，再由主控单元根据收到的光电信号周期计算出其所对应的速度值，然后再根据速度值发出对应的控制信息传送给马达，马达按照接收到的速度值进行转动或停止，进而驱动移动装置运动或停止。本发明的运动机构及其控制装置与方法解决了传统机构不能随意设定速度和出现异常时不能及时停止的问题，本方法简单有效，实用性高，且成本低廉。

Description

一种运动机构及其控制装置与方法

技术领域

本发明涉及机械运动机构领域，特别涉及一种运动机构及其控制装置与方法。

背景技术

目前，运动机构广泛应用在各类电子产品中，如在车载导航领域用于屏幕翻转机构、碟片仓进出等。传统的运动机构速度有如下两种方式：1. 通过皮带传动，由马达快慢决定机构的速度；2. 通过齿轮传动，由齿轮的大小匹配组合决定机构的速度。经实践证明，这两种方式存在如下缺陷，方式1中，不能随意设定运动的速度，如在运动过程时为了缩短时间需要加快速度，而在快到终点时为了避免因为速度太快产生撞击问题需要降低速度，也就是在同一轨道多种运动速度的需求，控制方法比较复杂。方式1，运动时机构不能及时停止，如卡到异物不能运动需要停止时不能及时停止，容易损坏机构，如图示二是一种齿轮传动的运动机构，在机构上如果有塑胶粒掉在齿轮上，而马达一直在转动，达到一定时间和力度后齿轮将会损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运动机构及其控制装置与方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种运动机构，包括：一框体组件、以及可在所述框体组件内部沿直线运动轨迹往返运动的移动装置，所述框体组件内可分离固定一沿所述直线运动轨迹方向设置的、具有不规则光暗区域的反光条，所述移动装置上固定有一与所述反光条相对应的、且可沿其做往返运动的光电管。

具体地，所述所述光电管设置在所述反光条的正上方。

具体地，所述反光条由呈现不规则排列顺序的白色条码和黑色条码组成。

具体地，所述光电管经过反光条时可接收到白色条码发出的反射光；所述移动装置根据所述光电管从所述反光条上识别的反射光的变化而改变运动速度。

在优选的实施例中，所述框体组件包括：一可供所述移动装置沿直线运动轨迹方向插入的框体，所述框体呈“凹”状，其前后两端开口，其凹陷面上形成有一沿所述直线运动轨迹方向设置的反光槽，所述反光条固定在所述反光槽内；所述框体内部的左右两侧还分别固定有与所述反光条相互平行的左前进齿条和右前进齿条，所述左前进齿条和右前进齿条相对的侧壁上分别固定连接有与所述反光条相互平行的左滑轨和右滑轨，所述移动装置连接于所述左滑轨和右滑轨之间并可顺势传送至所述框体的内部。

在优选的实施例中，所述移动装置包括：一可在所述框体内沿所述直线运动轨迹运动的滑动框；所述滑动框内固定有一驱动板，所述驱动板上固定设置有所述光电管、以及用于检测移动装置的位置的位置检测开关；所述滑动框内部还连接设置有一与所述直线运动轨迹垂直的驱动转轴，所述驱动转轴从所述滑动框的左右两侧穿出，并且在所述驱动转轴的两端分别固定连接有一驱动齿轮，两个所述驱动齿轮可分别与所述左前进齿条和右前进齿条啮合传递运动；所述框体内还固定连接有一用于驱动所述移动装置运动的马达组件，所述马达组件可沿所述左滑轨/右滑轨往返运动。

在优选的实施例中，一种运动机构的控制装置，包括：

用于采集反光条上的反射光信号的光信号产生模块；

用于将所述光信号产生模块采集到的光信号转化成电平信号的光电转换模块；

用于控制整个运动机构运行的主控单元，所述主控单元包括用于将所述光电转换模块产生的电平信号转化成速度信号的的光电计算模块；

以及用于接收所述微主控单元产生的速度信号并驱动所述移动装置运动的马达驱动模块。

在优选的实施例中，一种运动机构的控制方法，包括如下步骤：

步骤S01，主控单元根据检测开关检测到的移动装置所处的起始位置发出马达转动的信号；

步骤S02，主控单元为步骤S01中的起始位置预设初始转速V0，并将该初始转速V0传送给马达驱动模块，马达开始转动，并驱动移动装置前进；

步骤S03，光电管经过反光条时接收其反射的光暗信号，光电转换模块将该光暗信号转换成脉冲信号；

步骤S04，主控单元根据步骤S03中的脉冲信号转换成对应的变速信号；

步骤S05，马达驱动模块接收步骤S04中的变速信号控制马达的转速变化。

在优选的实施例中，所述脉冲信号周期包括第一门限T1、第二门限T2和第三门限T3，所述速度控制模块根据下列条件控制马达的运动状态：

在光电信号周期<第一门限T1时，发出马达停止转动信号的第一控制信号；

在第一门限T1<光电信号周期<第二门限T2时，发出第一速度值V1信号的第二控制信息；

在第二门限T2<光电信号周期<第三门限T3时，发出第二速度值V2信号的第三控制信息；以及

在第三门限T3<光电信号周期时，发出第三速度值V3信号的第四控制信息；

所述第一门限T1<第二门限T2<第三门限T3，所述0<第一速度值V1<第二速度值V2<第三速度值V3。

本发明运动机构及其控制装置与方法的有益效果在于：通过在框体组件内设置一由多个白色条码和黑色条码组成的反光条，再在移动装置上设置一光电管，利用光电管采集反光条不同区域，得到不同光电信号周期，再由主控单元根据收到的光电信号周期计算出其所对应的速度值，然后再根据速度值发出对应的控制信息传送给马达，马达按照接收到的速度值进行转动或停止，进而驱动移动装置运动或停止。本发明的运动机构及其控制方法解决了传统机构不能随意设定速度和出现异常时不能及时停止的问题，本方法简单有效，实用性高，且成本低廉。

附图说明

图1为一实施例中运动机构的立体分解示意图。

图2为图1中框体组件的立体分解示意图。

图3为一实施例中运动机构控制装置的电路原理图。

图4为一实施例中的运动机构控制装置的结构原理图。

图5为一实施例中运动机构的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及附图对本发明的运动机构及其控制方法作进一步详细描述。

请参见图1和图2，一种运动机构，其包括一框体组件（10）、以及可在框体组件（10）内部沿直线运动轨迹往返运动的移动装置（20），本案中将该直线运动轨迹定义为前后运动。本案中的移动装置（20）可为任何一种需在框体组件（10）内产生前后进出往返运动的组件。

优选的，框体组件（10）内可分离固定一沿直线运动轨迹方向设置的、具有不规则光暗区域的反光条（12），移动装置（20）上固定有一与反光条（12）相对应的、且可沿其做往返运动的光电管（24），光电管（24）设置在反光条（12）的正上方；反光条（12）由呈现不规则排列顺序的白色条码和黑色条码组成，光电管（24）经过反光条（12）时输出会发生交替变化；移动装置（20）根据光电管（24）的输出变化而改变运动速度。

框体组件（10）包括一可供移动装置（20）沿直线运动轨迹方向插入的框体（11），框体（11）呈“凹”状，其前后两端开口，其凹陷面上形成有一沿直线运动轨迹方向设置的反光槽（111），反光条（12）固定在反光槽（111）内；框体（11）内部的左右两侧还分别固定有与反光条（12）相互平行的左前进齿条（15）和右前进齿条（16），左前进齿条（15）和右前进齿条（16）相对的侧壁上分别固定连接有与反光条（12）相互平行的左滑轨（13）和右滑轨（14），移动装置（20）连接于左滑轨（13）和右滑轨（14）之间并可顺势传送至框体（11）的内部。

移动装置（20）包括一可在框体（11）内沿直线运动轨迹前后运动的滑动框（21）；滑动框（21）内固定有一驱动板（22），驱动板（22）上固定设置有光电管（24）、以及用于检测移动装置的位置的位置检测开关（221）；滑动框（21）内部还连接设置有一与直线运动轨迹垂直的驱动转轴（25），驱动转轴（25）从滑动框（21）的左右两侧穿出，并且在驱动转轴（25）的两端分别固定连接有一驱动齿轮（26），两个驱动齿轮（26）可分别与左前进齿条（15）和右前进齿条（16）啮合传递运动；框体（11）内还固定连接有一用于驱动移动装置（20）运动的马达组件（23），马达组件（23）可沿所述左滑轨（13）/右滑轨（14）往返运动。

请参见图3，图中的LED1为光电管，其安装在运动机构宽窄不一的反光条正上方，光电管经过反光条的白色和黑色条码时，输出会发生交替变化，经过Q1三极管整形反相，得出如图所示的脉冲信号，该信号输入到微控制器MCU，MCU通过计数器计算脉冲的个数，以此来判断脉冲的频率，并由脉冲的频率来控制马达的转速。

一种基于前述的运动机构的控制装置，其由光电管通过采集反光条的不同光暗区域，得到不同周期的光电信号，从而改变马达转速，最终实现改变移动装置运动速度的效果。

请参见图4，该装置设有：用于采集反光条上的反射光信号的光信号产生模块；用于将所述光信号产生模块采集到的光信号转化成电平信号的光电转换模块；用于控制整个运动机构运行的主控单元，所述主控单元包括用于将所述光电转换模块产生的电平信号转化成速度信号的的光电计算模块；以及用于接收所述微主控单元产生的速度信号并驱动所述移动装置运动的马达驱动模块。其中，主控单元中还包括控制移动装置运动速度的速度控制模块和驱动移动装置运动方向的驱动方向模块。

本发明中的运动机构的控制方法包括如下步骤：

步骤S01，主控单元根据检测开关（221）检测到的移动装置（20）所处的起始位置发出马达转动的信号；

步骤S02，主控单元为步骤S01中的起始位置预设初始转速V0，并将该初始转速V0传送给马达驱动模块，马达开始转动，并驱动移动装置（20）前进；

步骤S03，光电管（24）经过反光条（12）时接收其反射的光暗信号，光电转换模块将该光暗信号转换成脉冲信号；

步骤S04，主控单元根据步骤S03中的脉冲信号转换成对应的变速信号；

步骤S05，马达驱动模块接收步骤S04中的变速信号控制马达的转速变化。

优选的，为达到不同控制速度的效果，通过反光条上采集的不规则光暗面而形成的脉冲信号中，预设了3个周期门限，用于分别代表不同的速度区间。

脉冲信号周期包括第一门限T1、第二门限T2和第三门限T3，并且，第一门限T1<第二门限T2<第三门限T3。

速度控制模块根据下列条件控制马达的运动状态：

在脉冲信号周期T<第一门限T1时，发出马达停止转动信号的第一控制信号；

在第一门限T1<脉冲信号周期T<第二门限T2时，发出第一速度值V1信号的第二控制信息；

在第二门限T2<脉冲信号周期T<第三门限T3时，发出第二速度值V2信号的第三控制信息；以及

在第三门限T3<脉冲信号周期T时，发出第三速度值V3信号的第四控制信息；

并且，0<第一速度值V1<第二速度值V2<第三速度值V3。

具体的，请参见图5，若脉冲信号周期T<T1（例如20HZ）则发出停止信号，马达停转；在运转时若机构出现异常不能运转，脉冲信号周期T会变小，当脉冲信号周期T<T1时机构会自动停止。

若脉冲信号周期T<T2（例如50HZ），但>T1则改变转速，MCU发出转速V1（例如350转/分）的控制信号给马达驱动IC。

若脉冲信号周期T<T3（例如80HZ），但>T2则改变转速，MCU发出转速为V2（例如550转/分）的控制信号给马达驱动IC。

若脉冲信号周期T>T3（例如100HZ），MCU发出转速为V3（例如850转/分）的控制信号给马达驱动IC。

以上数值V0、V1、V2、V3和流程级数增减，可根据实际情况调整预设。

本发明的运动机构及其控制装置与方法有益效果在于：通过在框体组件内设置一由多个白色条码和黑色条码组成的反光条，再在移动装置上设置一光电管，利用光电管采集反光条不同区域，得到不同周期的光电信号，再由主控单元根据收到的光电信号的周期计算出其所对应的速度值，然后再根据速度值发出对应的控制信息传送给马达，马达按照接收到的速度值进行转动或停止，进而驱动移动装置运动或停止。本发明的运动机构及其控制装置与方法解决了传统机构不能随意设定速度和出现异常时不能及时停止的问题，本方法简单有效，实用性高，且成本低廉。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。

Claims (10)

1.一种运动机构，其包括一框体组件（10）、以及可在所述框体组件（10）内部沿直线运动轨迹往返运动的移动装置（20），其特征在于，所述框体组件（10）内可分离固定一沿所述直线运动轨迹方向设置的、具有不规则光暗区域的反光条（12），所述移动装置（20）上固定有一与所述反光条（12）相对应的、且可沿其做往返运动的光电管（24）。

2.根据权利要求1所述的运动机构，其特征在于，所述光电管（24）设置在所述反光条（12）的正上方。

3.根据权利要求1所述的运动机构，其特征在于，所述反光条（12）由呈现不规则排列顺序的白色条码和黑色条码组成。

4.根据权利要求1任一项所述的运动机构，其特征在于，所述光电管（24）经过反光条（12）时可接收到白色条码发出的反射光，所述移动装置（20）根据所述光电管（24）从所述反光条（12）上识别的反射光的变化而改变运动速度。

5.根据权利要求1所述的运动机构，其特征在于，所述框体组件（10）包括一可供所述移动装置（20）沿直线运动轨迹方向插入的框体（11），所述框体（11）呈“凹”状，其前后两端开口，其凹陷面上形成有一沿所述直线运动轨迹方向设置的反光槽（111），所述反光条（12）固定在所述反光槽（111）内；所述框体（11）内部的左右两侧还分别固定有与所述反光条（12）相互平行的左前进齿条（15）和右前进齿条（16），所述左前进齿条（15）和右前进齿条（16）相对的侧壁上分别固定连接有与所述反光条（12）相互平行的左滑轨（13）和右滑轨（14），所述移动装置（20）连接于所述左滑轨（13）和右滑轨（14）之间并可顺势传送至所述框体（11）的内部。

6.根据权利要求5所述的运动机构，其特征在于，所述移动装置（20）包括一可在所述框体（11）内沿所述直线运动轨迹运动的滑动框（21）；所述滑动框（21）内固定有一驱动板（22），所述驱动板（22）上固定设置有所述光电管（24）、以及用于检测移动装置的位置的位置检测开关（221）；所述滑动框（21）内部还连接设置有一与所述直线运动轨迹垂直的驱动转轴（25），所述驱动转轴（25）从所述滑动框（21）的左右两侧穿出，并且在所述驱动转轴（25）的两端分别固定连接有一驱动齿轮（26），两个所述驱动齿轮（26）可分别与所述左前进齿条（15）和右前进齿条（16）啮合传递运动；所述框体（11）内还固定连接有一用于驱动所述移动装置（20）运动的马达组件（23），所述马达组件（23）可沿所述左滑轨（13）/右滑轨（14）往返运动。

7.一种运动机构的控制装置，其特征在于，包括：

用于采集反光条上的反射光信号的光信号产生模块；

用于将所述光信号产生模块采集到的光信号转化成电平信号的光电转换模块；

用于控制整个运动机构运行的主控单元，所述主控单元包括用于将所述光电转换模块产生的电平信号转化成速度信号的的光电计算模块；以及

用于接收所述微主控单元产生的速度信号并驱动所述移动装置运动的马达驱动模块。

8.根据权利要求7所述的运动机构的控制装置，其特征在于，还包括控制移动装置运动速度的速度控制模块和驱动移动装置运动方向的驱动方向模块。

9.一种运动机构的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S01，主控单元根据检测开关（221）检测到的移动装置（20）所处的起始位置发出马达转动的信号；

步骤S02，主控单元为步骤S01中的起始位置预设初始转速V0，并将该初始转速V0传送给马达驱动模块，马达开始转动，并驱动移动装置（20）前进；

步骤S03，光电管（24）经过反光条（12）时接收其反射的光暗信号，光电转换模块将该光暗信号转换成脉冲信号；

步骤S04，主控单元根据步骤S03中的脉冲信号转换成对应的变速信号；

步骤S05，马达驱动模块接收步骤S04中的变速信号控制马达的转速变化。

10.根据权利要求9所述的运动机构的控制方法，其特征在于，所述步骤S04包括：

在脉冲信号周期T<第一门限T1时，发出马达停止转动信号的第一控制信号；

在第一门限T1< 脉冲信号周期T<第二门限T2时，发出第一速度值V1信号的第二控制信息；

在第二门限T2< 脉冲信号周期T<第三门限T3时，发出第二速度值V2信号的第三控制信息；以及

在第三门限T3<脉冲信号周期T时，发出第三速度值V3信号的第四控制信息；

所述第一门限T1、第二门限T2和第三门限T3为脉冲信号的周期，所述第一门限T1<第二门限T2<第三门限T3，所述0<第一速度值V1<第二速度值V2<第三速度值V3。