CN106374715A - 一种基于码盘的电机及其控制方法、控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于码盘的电机及其控制方法、控制装置。包括电机(2)、电机连接件(3)、轴承座(5)、输出轴(6)、码盘(10)、光电传感器(12)、控制装置，其特征在于：所述控制装置连接所述电机(2)和所述光电传感器(12)，所述电机(2)固定在电机连接件(3)上，所述电机连接件(3)固定在轴承座(5)上，所述码盘(10)固连在输出轴(6)上，所述光电传感器(12)固连在轴承座(5)上；所述码盘(10)在第一位置设有相当于单个透光栅格m倍宽度的透光格，在第二位置设有相当于单个透光栅格n倍宽度的透光格，所述第一位置和第二位置之间圆弧长度为码盘周长的四分之一，其中m和n都＞1，且m≠n。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，具体的涉及一种基于码盘的电机及其控制方法、控制装置。
背景技术
在机器人控制领域，机器人通常使用减速步进电机为其行动提供力矩，在控制机器人的方向时有的使用机械的方式对轮轴进行控制，有的则使用电机对轮轴进行控制。现如今流行的各种电机转角控制方法，大多数都以电机加编码器来实现，成本高而且结构所需空间较大。
发明内容
技术问题
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，
解决方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于码盘的电机，包括电机、电机连接件、轴承座、输出轴、码盘、光电传感器、控制装置，所述控制装置连接所述电机和所述光电传感器，所述电机固定在电机连接件上，所述电机连接件固定在轴承座上，所述码盘固连在输出轴上，所述光电传感器固连在轴承座上；所述码盘在第一位置设有相当于单个透光栅格m倍宽度的透光格，在第二位置设有相当于单个透光栅格n倍宽度的透光格，所述第一位置和第二位置之间圆弧长度为码盘周长的四分之一，其中m和n都＞1，且m≠n。
在一种可能的实施方式中，还包括外壳，所述外壳与所述轴承座固定链接。
对于上述电机，在一种可能的实施方式中，所述电机为步进电机。
对于上述电机，在一种可能的实施方式中，m＝3，n＝5。
对于上述电机，在一种可能的实施方式中，所述第一位置为0度特征点，所述第二位置为90度特征点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于控制所述电机转动的控制方法，该方法包括：控制电机向第一方向旋转，所述第一方向为沿所述光电传感器到第二位置的方向；当识别到第二位置特征点时，控制电机停止预定时间后沿与第一方向相反的第二方向旋转，直到识别到第一位置特征点时控制电机停止转动；根据码盘透光栅格总数与转动角计算到达转动角需要转过的透光栅格个数，并控制电机旋转到达预定位置。
对于上述电机转动的控制方法，在一种可能的实施方式中，当所述电机为步进电机时，所述根据码盘透光栅格总数与转动角计算到达转动角需要转过的透光栅格个数，并控制电机旋转到达预定位置包括：根据码盘透光栅格总数与转动角整数部分计算到达转动角需要转过的透光栅格个数q；根据步进电机分度角和转动角小数部分计算驱动脉冲个数p，p小于转过一个光栅格所需要的脉冲个数；控制电机旋转到达从0度特征点起第q个透光栅格处，再提供p个驱动脉冲使电机旋转到预定角度。
对于上述电机转动的控制方法，在一种可能的实施方式中，所述识别到第二位置特征点或识别到第一位置特征点包括：检测到所述光电传感器电平为连续高电平超过预定时间。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于控制所述电机转动的控制装置，包括：第一旋转方向控制模块，用于控制电机向第一方向旋转，所述第一方向为沿所述光电传感器到第二位置的方向；第二旋转方向控制模块，用于当识别到第二位置特征点时，控制电机停止预定时间后沿与第一方向相反的第二方向旋转，直到识别到第一位置特征点时控制电机停止转动；转动角控制模块，用于根据码盘透光栅格总数与转动角计算到达转动角需要转过的透光栅格个数，并控制电机旋转到达预定位置。
对于上述控制所述电机转动的控制装置，在一种可能的实施方式中，当所述电机为步进电机时，所述转动角控制模块包括：第一计算模块，用于根据码盘透光栅格总数与转动角整数部分计算到达转动角需要转过的透光栅格个数q；第二计算模块，用于根据步进电机分度角和转动角小数部分计算驱动脉冲个数p，p小于转过一个光栅格所需要的脉冲个数；转动控制模块，用于控制电机旋转到达从0度特征点起第q个透光栅格处，再提供p个驱动脉冲使电机旋转到预定角度。
有益效果
通过本发明提供的电机只需要使用一个码盘和光电传感器就可以对电机转角进行控制，结构简单，成本低廉且定位准确。电机控制方法可以快速、准确的识别0度特征点位置，当电机由于外界干扰造成角度偏移无法定位0度特征点时，电机会进行自我恢复，通过特征点重新找到电机的0度特征点。可以减小外界干扰造成的转动角误差、精确的控制电机转角的位置。
附图说明
图1是是本发明实施例的转角电机的主剖面图。
图2是图1所述转角电机的右侧剖面图。
图3是码盘的俯视图。
图4是根据一示例性实施例的一种控制电机转动的控制方法的流程图。
图5是根据一示例性实施例的一种控制电机转动的控制方法的流程图。
图6是根据一示例性实施例的一种控制电机转动的控制装置的框图。
图7是根据一示例性实施例的一种控制电机转动的控制装置的框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
实施例1
图1-图3是本发明提供的一种基于码盘的电机100的示例图。如图所示，电机100包括外壳1、电机2、电机连接件3、轴承座5、输出轴6、码盘10、光电传感器12、控制装置(未图示)。所述电机2通过螺钉固定在电机连接件3上，所述电机连接件3通过螺钉固定在轴承座5上。所述码盘通过胶粘或螺母压紧的方式固连在输出轴6上，所述光电传感器12通过螺钉固连在轴承座5上，光电传感器12与外壳的相对位置不会改变，光电传感器12与码盘10形成一个角度检测模块。所述外壳1与轴承座5固定链接，可以通过螺钉连接，用于防止灰尘等影响减速步进电机2正常工作。
如图3所示，所述码盘10可以是由一个普通的光电码盘在图3中所示码盘0度特征点14位置去掉一个或多个栅格的码盘遮光部分30，在码盘90度特征点20位置去掉一个或多个栅格的码盘遮光部分30，两个特征点去掉遮光部分30的个数不同。所述码盘10可以为100线码盘。
光电传感器12是一种遇到光电码盘的遮光面会向芯片返回低电平，而遇到光电码盘的透光面会向芯片返回高电平的电子器件。
所述电机2可以是步进电机或减速步进电机。
本发明的电机100只需要使用一个码盘和光电传感器就可以对电机转角进行控制，结构简单，成本低廉且定位准确。
实施例2
图4示出本发明一示例性实施例的一种基于码盘的电机转动控制方法流程图，该方法可用于如实施例1所述的电机100。该方法包括：
步骤S41：控制电机(2)向第一方向旋转，所述第一方向为沿所述光电传感器(12)到第二位置的方向。
在一种可能的实施方式中，所述第二位置为90度特征点所在位置，第一方向可以是顺时针或逆时针，根据第一位置特征点和第二位置特征点的相对位置关系以及电机初始角度而定。
步骤S42：当识别到第二位置特征点时，控制电机停止预定时间后沿与第一方向相反的第二方向旋转，直到识别到第一位置特征点时控制电机停止转动。
在一种可能的实施方式中，识别特征点的方式为检测到所述光电传感器(12)电平为连续高电平超过预定时间则判断电机到达特征点位置。
例如，以上述电机100为例进行说明，控制装置中包括定时器，定时器每隔1ms检测一次光电传感器12的状态，光电传感器12指向码盘的遮光部分30时为低电平，指向码盘的透光部分38为高电平。在电机2匀速转动的时候，若定时器连续检测到光电传感器12的状态为高电平的次数超出正常的范围，即可认定电机2处于目标点位置，由于码盘0度特征点14和码盘90度特征点20的码盘透光部分38宽度不同，故可以唯一识别两个不同的特征点。
具体地，将以电机100为例说明上述步骤S41和S42。所述控制装置可以在任何时候向控制电机2寻找0度特征点命令。控制电机2沿图2所示逆时针往码盘90度特征点20方向转动，当识别到码盘90度特征点20后，停止预定时间，例如0.5秒，再沿图2所示顺时针往码盘0度特征点14方向转动，一旦识别到码盘0度特征点14就停止，即可完成电机的0度特征点寻找。
步骤S43：根据码盘(10)透光栅格总数与转动角计算到达转动角需要转过的透光栅格个数，并控制电机旋转到达预定位置。
所述电机100完成一次寻找0度特征点后即可由控制装置发送角度命令控制电机100转至相应角度。
具体地，以上述电机100为例进行说明，当电机100完成一次寻找0度特征点后，控制装置中的存储器就会记录下当前的角度为0。当控制装置发送0到90度内任意角度转动命令时，下述以100线码盘转到36度为例说明，由于100线码盘10是均匀的角度设计，因此，从0度到90度包括25个刻线，故而根据比例即可计算出36度应该是10个码盘遮光部分30和码盘透光部分38相加起来的角度，只要电机2在接到转角命令后交替遇到10个码盘遮光部分30和码盘透光部分38后停下即可认为转角电机机构100处在36度位置。
通过上述电机控制方法可以快速、准确的识别0度特征点位置，当电机由于外界干扰造成角度偏移且失去0度特征点时，电机会进行自我恢复，通过特征点重新找到电机的0度特征点。可以边外界干扰造成的转动角误差。
图5示出本发明一示例性实施例的一种基于码盘的电机转动控制方法流程图，该方法可用于如实施例1所述的电机100。图5中标号与图4相同的组件具有相同的功能，为简明起见，省略对这些组件的详细说明。
如图5所示，所述电机控制方法包括：
步骤S51：根据码盘(10)透光栅格总数与转动角整数部分计算到达转动角需要转过的透光栅格个数q；
步骤S52：根据步进电机分度角和转动角小数部分计算驱动脉冲个数p，p小于转过一个光栅格所需要的脉冲个数；
步骤S53：控制电机旋转到达从0度特征点起第q个透光栅格处，再提供p个驱动脉冲使电机旋转到预定角度。
下面以步进电机为例，详细描述上述方法。所述电机100在从0度转到任意分度角位置的过程，是由控制装置中的存储器和对电机驱动脉冲数的控制交替配合最终使步进电机停在目标分度角位置。
分度角＝步进电机步进角/(减速比×细分数)
如步进电机步进角是1.8度，减速比为10，细分数是4，则分度角为0.045度，步进电机每移动1ms，其位置都会被存储在存储器中，故而结合对电机驱动脉冲数的控制，能够实现转角电机100在码盘0度特征点14和码盘90度特征点20之间任意分度角转动。若要转到36.315度，则识别码盘到36度，再提供7个驱动脉冲数量，则可定位到36.315度。
通过上述电机控制方法可以更加精确的控制电机转角的位置。
实施例3
图6是根据一示例性实施例示出的一种控制电机转动的控制装置60的框图，该装置可用于如实施例1所述的电机100。
如图6所示，该装置包括：
第一旋转方向控制模块61被配置为控制电机(2)向第一方向旋转，所述第一方向为沿所述光电传感器(12)到第二位置的方向；
第二旋转方向控制模块62被配置为当识别到第二位置特征点时，控制电机停止预定时间后沿与第一方向相反的第二方向旋转，直到识别到第一位置特征点时控制电机停止转动；
转动角控制模块63被配置为根据码盘(10)透光栅格总数与转动角计算到达转动角需要转过的透光栅格个数，并控制电机旋转到达预定位置。
通过上述电机控制装置可以快速、准确的识别0度特征点位置，当电机由于外界干扰造成角度偏移且失去0度特征点时，电机会进行自我恢复，通过特征点重新找到电机的0度特征点。可以边外界干扰造成的转动角误差。
图7是根据一示例性实施例示出的一种控制电机转动的控制装置70的框图，该装置可用于如实施例1所述的电机100。图7中标号与图6相同的组件具有相同的功能，为简明起见，省略对这些组件的详细说明。
如图7所示，当所述电机为步进电机时，所述转动角控制模块63包括：
第一计算模块631被配置为根据码盘透光栅格总数与转动角整数部分计算到达转动角需要转过的透光栅格个数q；
第二计算模块632被配置为根据步进电机分度角和转动角小数部分计算驱动脉冲个数p，p小于转过一个光栅格所需要的脉冲个数；
转动控制模块633被配置为控制电机旋转到达从0度特征点起第q个透光栅格处，再提供p个驱动脉冲使电机旋转到预定角度。
通过上述电机控制方法可以更加精确的控制电机转角的位置。
本领域普通技术人员可以意识到，本文所描述的实施例中的各示例性单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件形式来实现，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以针对特定的应用选择不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
如果以计算机软件的形式来实现所述功能并作为独立的产品销售或使用时，则在一定程度上可认为本发明的技术方案的全部或部分(例如对现有技术做出贡献的部分)是以计算机软件产品的形式体现的。该计算机软件产品通常存储在计算机可读取的非易失性存储介质中，包括若干指令用以使得计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于码盘的电机，包括电机(2)、电机连接件(3)、轴承座(5)、输出轴(6)、码盘(10)、光电传感器(12)、控制装置，其特征在于：所述控制装置连接所述电机(2)和所述光电传感器(12)，所述电机(2)固定在电机连接件(3)上，所述电机连接件(3)固定在轴承座(5)上，所述码盘(10)固连在输出轴(6)上，所述光电传感器(12)固连在轴承座(5)上；所述码盘(10)在第一位置设有相当于单个透光栅格m倍宽度的透光格，在第二位置设有相当于单个透光栅格n倍宽度的透光格，所述第一位置和第二位置之间圆弧长度为码盘周长的四分之一，其中m和n都＞1，且m≠n。
2.根据权利要求1所述的基于码盘的电机，其特征在于，还包括外壳(1)，所述外壳(1)与所述轴承座(5)固定链接。
3.根据权利要求1所述的基于码盘的电机，其特征在于，所述电机(2)为步进电机。
4.根据权利要求1所述的基于码盘的电机，其特征在于，m＝3，n＝5。
5.根据权利要求1所述的基于码盘的电机，其特征在于，所述第一位置为0度特征点，所述第二位置为90度特征点。
6.一种用于控制权利要求5所述电机转动的控制方法，其特征在于，
控制电机(2)向第一方向旋转，所述第一方向为沿所述光电传感器(12)到第二位置的方向；
当识别到第二位置特征点时，控制电机停止预定时间后沿与第一方向相反的第二方向旋转，直到识别到第一位置特征点时控制电机停止转动；
根据码盘(10)透光栅格总数与转动角计算到达转动角需要转过的透光栅格个数，并控制电机旋转到达预定位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述电机为步进电机时，所述根据码盘(10)透光栅格总数与转动角计算到达转动角需要转过的透光栅格个数，并控制电机旋转到达预定位置包括：根据码盘(10)透光栅格总数与转动角整数部分计算到达转动角需要转过的透光栅格个数q；
根据步进电机分度角和转动角小数部分计算驱动脉冲个数p，p小于转过一个光栅格所需要的脉冲个数；
控制电机旋转到达从0度特征点起第q个透光栅格处，再提供p个驱动脉冲使电机旋转到预定角度。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述识别到第二位置特征点或识别到第一位置特征点包括：
检测到所述光电传感器(12)电平为连续高电平超过预定时间。
9.一种用于控制权利要求5所述电机转动的控制装置，其特征在于，包括：
第一旋转方向控制模块，用于控制电机(2)向第一方向旋转，所述第一方向为沿所述光电传感器(12)到第二位置的方向；
第二旋转方向控制模块，用于当识别到第二位置特征点时，控制电机停止预定时间后沿与第一方向相反的第二方向旋转，直到识别到第一位置特征点时控制电机停止转动；
转动角控制模块，用于根据码盘(10)透光栅格总数与转动角计算到达转动角需要转过的透光栅格个数，并控制电机旋转到达预定位置。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，当所述电机为步进电机时，所述转动角控制模块包括：第一计算模块，用于根据码盘(10)透光栅格总数与转动角整数部分计算到达转动角需要转过的透光栅格个数q；
第二计算模块，用于根据步进电机分度角和转动角小数部分计算驱动脉冲个数p，p小于转过一个光栅格所需要的脉冲个数；
转动控制模块，用于控制电机旋转到达从0度特征点起第q个透光栅格处，再提供p个驱动脉冲使电机旋转到预定角度。
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