CN106853645B - 舵机齿轮虚位测量装置和方法 - Google Patents

舵机齿轮虚位测量装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了舵机齿轮虚位测量装置和方法，方法包括以下步骤：向待测舵机的输出轴输出第一转向的起动定力，当待测舵机的转子位置第一次发生变化时，记录待测舵机输出轴的起动位置值；向待测舵机的输出轴输出第二转向的反转力，反转力使待测舵机的输出轴转动，若经过预设时间后待测舵机的转子处于停止状态，则记录待测舵机输出轴的反转位置值；计算当前测量点的舵机齿轮虚位值，舵机齿轮虚位值为起动位置值和反转位置值之差的绝对值。无需外接外部角度传感器且整体操作简单，大大降低了测量过程中外部因素干扰的可能性，使测量结果精确度相对稳定。动力齿盘与从动齿盘减速传动连接，可以放大齿轮虚位，从而提高测量的精确度。

Description

舵机齿轮虚位测量装置和方法
技术领域
本发明涉及舵机测量领域，特别涉及舵机虚位测量。
背景技术
舵机分为三个系统：1)外壳及齿轮减速系统；2)电机及电机驱动系统；3)舵机检测电子控制系统。舵机作为机器人，航模等装备的关键部件，其质量好坏直接影响到整体机器人或航模的综合性能，而舵机齿轮虚位是衡量舵机自身性能的一个关键指标。虚位可以理解为舵机转子不动时，舵机输出轴的自由度。新舵机虚位大的原因可以归结为加工精度不够，或者设计有缺陷，比如齿轮间隙过大，或者是轴与轴孔之间有间隙等等。如果舵机用了一段时间后产生虚位，可能为输出轴磨损、齿轮轴扩孔或齿轮磨损等造成间隙引起的。
传统的舵机齿轮虚位测量多需外接专用的测量工具及传感器，如角度传感器，且测量操作过程繁锁。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供舵机齿轮虚位测量装置和方法，其能解决传统的舵机齿轮虚位测量需要外接专用的测量工具及传感器，如角度传感器，测量操作过程繁锁的问题。
本发明的目的采用以下技术方案实现：
舵机齿轮虚位测量装置，包括齿盘组、动力舵机和主机，所述齿盘组包括传动连接的动力齿盘和从动齿盘；
所述动力舵机由所述主机控制，所述动力舵机用于带动所述动力齿盘转动，所述动力齿盘与所述从动齿盘减速传动连接，所述从动齿盘的中心用于与待测舵机的输出轴连接；所述主机还用于测量待测舵机的转子位置信息和输出轴位置信息。
优选的，所述齿盘组还包括传动齿盘，所述动力齿盘和从动齿盘通过所述传动齿盘减速传动。
优选的，所述动力齿盘的直径小于所述从动齿盘的直径。
优选的，所述动力齿盘和从动齿盘的传动比为2/1-5/1。
优选的，所述舵机齿轮虚位测量装置还包括固定装置，所述齿盘组和动力舵机连接在所述固定装置上，所述固定装置上设有用于放置待测舵机的舵机位，待测舵机放置于所述舵机位时，所述从动齿盘与待测舵机的输出轴连接。
优选的，所述主机还包括显示器、控制器和用于与待测舵机电性连接的第一舵机接口，所述控制器与所述显示器、第一舵机接口、动力舵机电性连接。
舵机齿轮虚位测量方法，包括以下步骤：
一动力舵机向待测舵机的输出轴输出第一转向的起动定力，当待测舵机的转子位置第一次发生变化时，记录待测舵机输出轴的起动位置值；
所述动力舵机向待测舵机的输出轴输出第二转向的反转力，所述反转力使待测舵机的输出轴转动，若经过预设时间后待测舵机的转子处于停止状态，则记录待测舵机输出轴的反转位置值，所述第二转向与所述第一转向相反；
计算当前测量点的舵机齿轮虚位值，舵机齿轮虚位值为所述起动位置值和反转位置值之差的绝对值。
优选的，所述动力舵机向待测舵机的输出轴输出第一转向的起动定力，具体为，所述动力舵机输出第一转向的起动定力，起动定力经齿盘组减速后传递给待测舵机的输出轴；
所述动力舵机向待测舵机的输出轴输出第二转向的反转力，具体为，所述动力舵机输出第二转向的反转力，反转力经齿盘组减速后传递给待测舵机的输出轴。
优选的，所述动力舵机向待测舵机的输出轴输出第一转向的起动定力，当待测舵机的转子位置第一次发生变化时，记录待测舵机输出轴的起动位置值，具体包括以下子步骤：
所述动力舵机向与之传动连接的一动力齿盘输出第一转向的预设大小的起动力，所述起动力经减速后通过与所述动力齿盘减速传动连接的从动齿盘传递给待测舵机的输出轴；
增大所述起动力的大小，并测量待测舵机的转子位置；
若所述待测舵机的转子位置发生变化，则记录此时起动力的值作为起动定力，并停止所述动力舵机的输出，同时将此时待测舵机的输出轴位置作为起动位置并记录对应的起动位置值。
优选的，所述预设大小的起动力具体为所述动力舵机满输出1％的力；
所述增大所述起动力的大小，具体为每隔一时间间隔后所述起动力的大小增加所述动力舵机满输出的1％。
优选的，所述向待测舵机的输出轴输出第二转向的反转力，所述反转力使待测舵机的输出轴转动，若经过预设时间后待测舵机的转子处于停止状态，则记录待测舵机输出轴的反转位置值，具体包括以下子步骤：
所述动力舵机向与之传动连接的一动力齿盘输出第二转向的预设大小的反转力，所述第二转向与所述第一转向相反，所述反转力为所述起动定力的k倍，k大于0；
测量待测舵机的转子位置；
若经过预设时间后待测舵机的转子处于停止状态，则将此时待测舵机输出轴的位置作为反转位置并记录对应的反转位置值；
若经过预设时间后待测舵机的转子的处于运动状态，则减小所述k的大小，调整反转力的大小，直到输出该反转力后经过预设时间待测舵机的转子能够停止为止，然后将转子停止时待测舵机输出轴的位置作为反转位置并记录对应的反转位置值。
优选的，所述k的值为：0.5<k<1；
所述减小k的大小具体为：k的值减小5％。
优选的，在所述计算当前测量点的舵机齿轮虚位值后，还包括以下步骤：
控制待测舵机转动预设角度到下一测量点；
测量所述下一测量点的舵机齿轮虚位值；
测量完所有测量点的舵机齿轮虚位值后，计算所有测量点的舵机齿轮虚位值的平均值或概率分布。
优选的，所述预设角度为360/n，n为测量点的数量。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：利用待测舵机内部自带的位置传感器来测量舵机齿轮虚位，无需外接外部角度传感器且整体操作简单，大大降低了测量过程中外部因素干扰的可能性，使测量结果精确度相对稳定。利用动力舵机提供起动定力和反转力，利于实现舵机齿轮虚位测量的自动化，还可以实现对同一舵机的多个不同位置点虚位值的自动连续测量。动力齿盘与从动齿盘减速传动连接，对于同样大小的待测舵机齿轮虚位来说，需要动力舵机输出更大的转动角度作用于待测舵机的输出轴，可以放大齿轮虚位，从而提高测量的精确度。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的舵机齿轮虚位测量装置的结构示意图。
图2是本发明实施例一提供的舵机齿轮虚位测量方法的流程示意图。
图3是图2中步骤S101的一种实施例的流程示意图。
图4是图2中步骤S102的一种实施例的流程示意图。
图5是本发明实施例二提供的舵机齿轮虚位测量方法的流程示意图。
具体实施方式
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
实施例一：
如图1所示的舵机齿轮虚位测量装置，包括齿盘组110、动力舵机120和主机130。其中齿盘组110包括传动连接的动力齿盘111和从动齿盘112；动力舵机120由主机130控制，动力舵机120用于带动动力齿盘111转动，动力齿盘111与从动齿盘112减速传动连接，从动齿盘112的中心用于与待测舵机100的输出轴连接；主机130还用于测量待测舵机的转子位置信息和输出轴位置信息。
舵机齿轮虚位测量方法流程示意图参见图2，包括以下步骤：
S101，向待测舵机100的输出轴输出第一转向的起动定力，当待测舵机100的转子位置第一次发生变化时，记录待测舵机100输出轴的起动位置值。进一步，所述向待测舵机100的输出轴输出第一转向的起动定力，具体为，动力舵机120输出第一转向的起动定力，起动定力经齿盘组110减速后传递给待测舵机100的输出轴。动力舵机120输出第一转向的起动定力，指的是动力舵机120的输出轴转动施加给动力齿盘111的力。
对于待测舵机100的当前测量点来说，起动位置表示在当前位置待测舵机100齿轮减速系统中的各齿轮紧密接触，待测舵机100的转子有向第一转向转动的趋势而没有转动。
S102，向待测舵机100的输出轴输出第二转向的反转力，所述反转力使待测舵机100的输出轴转动，若经过预设时间后待测舵机100的转子处于停止状态，则记录待测舵机100输出轴的反转位置值，所述第二转向与所述第一转向相反。进一步，所述向待测舵机100的输出轴输出第二转向的反转力，具体为，动力舵机120输出第二转向的反转力，反转力经齿盘组110减速后传递给待测舵机100的输出轴。
对于待测舵机100的当前测量点来说，反转位置表示在当前位置待测舵机100齿轮减速系统中的各齿轮紧密接触，待测舵机100的转子有向第二转向转动的趋势而没有转动。由起动位置到反转位置，只有待测舵机100齿轮减速系统中的各齿轮由向第一转向紧密接触到向第二转向紧密接触，待测舵机100中电机的转子没有实际转动，起动位置值和反转位置值之差刚好反映了待测舵机100当前测量点的齿轮虚位值。
S103，计算当前测量点的舵机齿轮虚位值，舵机齿轮虚位值为所述起动位置值和反转位置值之差的绝对值。
本实施例提供的舵机齿轮虚位测量装置和方法，利用待测舵机内部自带的位置传感器来测量舵机齿轮虚位，无需外接外部角度传感器且整体操作简单，大大降低了测量过程中外部因素干扰的可能性，使测量结果精确度相对稳定。
利用动力舵机120提供起动定力和反转力，利于实现舵机齿轮虚位测量的自动化，还可以实现对同一舵机的多个不同位置点虚位值的自动连续测量。
动力齿盘111与从动齿盘112减速传动连接，对于同样大小的待测舵机齿轮虚位来说，需要动力舵机120输出更大的转动角度作用于待测舵机100的输出轴，可以放大齿轮虚位，从而提高测量的精确度。
优选的，动力齿盘111与从动齿盘112减速传动连接可以通过以下两种手段或两种手段的组合来实现：
一、动力齿盘111的直径小于从动齿盘112的直径。
二、齿盘组110还包括传动齿盘(图未示)，动力齿盘111和从动齿盘112通过传动齿盘减速传动。
典型的，动力齿盘111和从动齿盘112的传动比为2/1-5/1，如3/1，4/1。可以在保证测量精度的前提下减小测量装置的体积。
作为本发明的进一步改进，齿盘组110可以包括多个从动齿盘112，以适用于多种规格的待测舵机。
作为本发明的进一步改进，舵机齿轮虚位测量装置还包括固定装置(图未示)，齿盘组110和动力舵机120连接在固定装置上，固定装置上设有用于放置待测舵机100的舵机位，待测舵机100放置于舵机位时，从动齿盘112与待测舵机100的输出轴连接。
优选的，主机130还包括显示器131、控制器132和用于与待测舵机100电性连接的第一舵机接口133，控制器132与显示器131、第一舵机接口133、动力舵机120电性连接。带显示器131的舵机齿轮虚位测量装置可以显示虚位信息，整体装置体积较小，便于携带与存放。在另一实施例中，主机130还包括与外接设备如电脑、总控设备等通讯的接口，以使舵机齿轮虚位测量装置集成到自动测量系统或生产线。
优选的，图1中的步骤S101，所述向待测舵机的输出轴输出第一转向的起动定力，当待测舵机的转子位置第一次发生变化时，记录待测舵机输出轴的起动位置值，参见图3，具体包括以下子步骤：
S1011，动力舵机120向动力齿盘111输出第一转向的预设大小的起动力，所述起动力经减速后通过从动齿盘112传递给待测舵机100的输出轴；
S1012，增大所述起动力的大小，并测量待测舵机100的转子位置；
S1013，若所述待测舵机100的转子位置发生变化，则记录此时起动力的值作为起动定力，并停止所述动力舵机120的输出，同时将此时待测舵机100的输出轴位置作为起动位置并记录对应的起动位置值。
通过逐步增大所述起动力的大小，测量刚好能使待测舵机100的转子转动的力，同时记录输出轴的起动位置值。该起动定力可以用于计算使待测舵机100的输出轴反转而转子不运动的反转力，可以节省测量时间。
优选的，所述预设大小的起动力具体为所述动力舵机120满输出1％的力；所述增大所述起动力的大小，具体为每隔一时间间隔后所述起动力的大小增加所述动力舵机120满输出的1％。
优选的，图1中的步骤S102，所述向待测舵机的输出轴输出第二转向的反转力，所述反转力使待测舵机的输出轴转动，若经过预设时间后待测舵机的转子处于停止状态，则记录待测舵机输出轴的反转位置值，参见图4，具体包括以下子步骤：
S1021，所述动力舵机120向所述动力齿盘111输出第二转向的预设大小的反转力，所述第二转向与所述第一转向相反，所述反转力为所述起动定力的k倍，k大于0，优选的0.5<k<1。基于起动定力制定反转力的大小，缩小了起动动力的寻找范围，可以节省测量时间。
S1022，测量待测舵机的转子位置；
S1023，若经过预设时间后待测舵机的转子处于停止状态，则将此时待测舵机输出轴的位置作为反转位置并记录对应的反转位置值；在预设时间内，待测舵机100的输出轴由起动位置转到反转位置，待测舵机100齿轮减速系统中的各齿轮由向第一转向紧密接触运动到向第二转向紧密接触。
S1024，若经过预设时间后待测舵机的转子的处于运动状态，则减小所述k的大小，调整反转力的大小，直到输出该反转力后经过预设时间待测舵机的转子能够停止为止，然后将转子停止时待测舵机输出轴的位置作为反转位置并记录对应的反转位置值。即若k值过大，即反转力过大，需要减小参数k的大小，然后重新执行步骤S101、S102和S103，直到反转力的大小刚好使待测舵机100的输出轴反转而转子不运动。
优选的，所述减小所述k的大小，具体为k的值减小5％。随着k的减小，每次k调节的幅度也变小，更精确的趋近于使待测舵机100的输出轴反转而转子不运动的力的大小。
实施例二：
作为本发明的进一步改进，在所述计算当前测量点的舵机齿轮虚位值后，还包括以下步骤：
控制待测舵机转动预设角度到下一测量点；
测量所述下一测量点的舵机齿轮虚位值；
测量完所有测量点的舵机齿轮虚位值后，计算所有测量点的舵机齿轮虚位值的平均值或概率分布。
通过主机130控制待测舵机转动预设角度到各个测量点，可以实现对待测舵机的多个不同位置点齿轮虚位的自动连续测量。求取待测舵机齿轮虚位的平均值或概率分布，可以综合体现待测舵机齿轮虚位，反应待测舵机的质量。优选的所述预设角度为360/n，其中，n为测量点的数量。
为了更好的理解本发明实施例中的舵机齿轮虚位测量方法，下面提供一具体应用场景，参考图5。
系统上电后，主机130按如下的控制顺序操作待测舵机100与动力舵:120：
a、主机130不断回读待测舵机100的转子位置信息用于判定待测舵机100是否处于转动状态，并控制动力舵机120输出第一转向强度为动力舵机120满输出1％的力，并以每隔一时间间隔T1后动力强度增加1％。直到主机130第一次检测到待测舵机100的转子处于转动状态时记录动力舵力120的输出强度Q1，并停止动力舵机120输出，当待测舵机100回到停止状态后记下待测舵机100的输出轴位置信息A1。
b、主机130控制动力舵机120输出第二转向，强度为Q1的k(0.5<k<1，优选的取0.9)倍的力Q2，并不断回读待测舵机100转子的位置信息，当Q2输出一段时间T2(建议大于2秒)后检测到待测舵机100的转子已处于停止状态时记录此时待测舵机100输出轴的位置信息A2。若Q2输出一段时间T2检测到待测舵机的转子不处于停止状态，则将系数k的值下降5％后重复步骤ab，直到成功得到待测舵机位置信息A2。
c、主机130计算出当前测量点的舵机齿轮虚位值D1＝|A1-A2|并通过主机130显示计算结果，同时主机130控制待测舵机100转动一定角度A3＝360/n(n为所要测试的虚位点数量)，后重复步骤a、b，直到对待测舵机完成了所有的n次测量后计算出n个测量点的平均虚位值D2显示输出。至此待测舵机齿轮虚位测量工作完成。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (14)

1.舵机齿轮虚位测量装置，其特征在于：包括齿盘组、动力舵机和主机，所述齿盘组包括传动连接的动力齿盘和从动齿盘；
所述动力舵机由所述主机控制，所述动力舵机用于带动所述动力齿盘转动，所述动力齿盘与所述从动齿盘减速传动连接，所述从动齿盘的中心用于与待测舵机的输出轴连接；所述主机还用于测量待测舵机的转子位置信息和输出轴位置信息。
2.如权利要求1所述的舵机齿轮虚位测量装置，其特征在于：所述齿盘组还包括传动齿盘，所述动力齿盘和从动齿盘通过所述传动齿盘减速传动。
3.如权利要求1所述的舵机齿轮虚位测量装置，其特征在于：所述动力齿盘的直径小于所述从动齿盘的直径。
4.如权利要求2或3所述的舵机齿轮虚位测量装置，其特征在于：所述动力齿盘和从动齿盘的传动比为2/1-5/1。
5.如权利要求1-3中任一项所述的舵机齿轮虚位测量装置，其特征在于：还包括固定装置，所述齿盘组和动力舵机连接在所述固定装置上，所述固定装置上设有用于放置待测舵机的舵机位，待测舵机放置于所述舵机位时，所述从动齿盘与待测舵机的输出轴连接。
6.如权利要求1-3中任一项所述的舵机齿轮虚位测量装置，其特征在于：所述主机还包括显示器、控制器和用于与待测舵机电性连接的第一舵机接口，所述控制器与所述显示器、第一舵机接口、动力舵机电性连接。
7.舵机齿轮虚位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
一动力舵机向待测舵机的输出轴输出第一转向的起动定力，当待测舵机的转子位置第一次发生变化时，记录待测舵机输出轴的起动位置值；
所述动力舵机向待测舵机的输出轴输出第二转向的反转力，所述反转力使待测舵机的输出轴转动，若经过预设时间后待测舵机的转子处于停止状态，则记录待测舵机输出轴的反转位置值，所述第二转向与所述第一转向相反；
计算当前测量点的舵机齿轮虚位值，舵机齿轮虚位值为所述起动位置值和反转位置值之差的绝对值。
8.如权利要求7所述的舵机齿轮虚位测量方法，其特征在于：
所述动力舵机向待测舵机的输出轴输出第一转向的起动定力，具体为，所述动力舵机输出第一转向的起动定力，起动定力经齿盘组减速后传递给待测舵机的输出轴；
所述动力舵机向待测舵机的输出轴输出第二转向的反转力，具体为，所述动力舵机输出第二转向的反转力，反转力经齿盘组减速后传递给待测舵机的输出轴。
9.如权利要求7或8所述的舵机齿轮虚位测量方法，其特征在于：所述动力舵机向待测舵机的输出轴输出第一转向的起动定力，当待测舵机的转子位置第一次发生变化时，记录待测舵机输出轴的起动位置值，具体包括以下子步骤：
所述动力舵机向与之传动连接的一动力齿盘输出第一转向的预设大小的起动力，所述起动力经减速后通过与所述动力齿盘减速传动连接的从动齿盘传递给待测舵机的输出轴；
增大所述起动力的大小，并测量待测舵机的转子位置；
若所述待测舵机的转子位置发生变化，则记录此时起动力的值作为起动定力，并停止所述动力舵机的输出，同时将此时待测舵机的输出轴位置作为起动位置并记录对应的起动位置值。
10.如权利要求9所述的舵机齿轮虚位测量方法，其特征在于：
所述预设大小的起动力具体为所述动力舵机满输出1％的力；
所述增大所述起动力的大小，具体为每隔一时间间隔后所述起动力的大小增加所述动力舵机满输出的1％。
11.如权利要求7或8所述的舵机齿轮虚位测量方法，其特征在于：所述向待测舵机的输出轴输出第二转向的反转力，所述反转力使待测舵机的输出轴转动，若经过预设时间后待测舵机的转子处于停止状态，则记录待测舵机输出轴的反转位置值，具体包括以下子步骤：
所述动力舵机向与之传动连接的一动力齿盘输出第二转向的预设大小的反转力，所述第二转向与所述第一转向相反，所述反转力为所述起动定力的k倍，k大于0；
测量待测舵机的转子位置；
若经过预设时间后待测舵机的转子处于停止状态，则将此时待测舵机输出轴的位置作为反转位置并记录对应的反转位置值；
若经过预设时间后待测舵机的转子的处于运动状态，则减小所述k的大小，调整反转力的大小，直到输出该反转力后经过预设时间待测舵机的转子能够停止为止，然后将转子停止时待测舵机输出轴的位置作为反转位置并记录对应的反转位置值。
12.如权利要求11所述的舵机齿轮虚位测量方法，其特征在于：
所述k的值为：0.5<k<1；
所述减小k的大小具体为：k的值减小5％。
13.如权利要求7或8所述的舵机齿轮虚位测量方法，其特征在于：在所述计算当前测量点的舵机齿轮虚位值后，还包括以下步骤：
控制待测舵机转动预设角度到下一测量点；
测量所述下一测量点的舵机齿轮虚位值；
测量完所有测量点的舵机齿轮虚位值后，计算所有测量点的舵机齿轮虚位值的平均值或概率分布。
14.如权利要求13所述的舵机齿轮虚位测量方法，其特征在于：所述预设角度为360/n，n为测量点的数量。
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