CN108020247A - 一种基于绝对式编码器测角测速的伺服转台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于绝对式编码器测角测速的伺服转台，包括安装架、壳体、中央处理器、变频器、上位机、定轴绝对式多圈编码器和减速机；上位机与中央处理器相连接，中央处理器与变频器相连接，变频器与调速电机相连接；壳体中有两个轴承座，定轴设置在两个轴承座上，定轴的下端与安装架固定连接，定轴上套设有大齿轮，绝对式多圈编码器的输入端上设置有第一小齿轮，减速机的输出端上设置有第二小齿轮，第一小齿轮和第二小齿轮分别与大齿轮相啮合，大齿轮与第一小齿轮之间的减速比为2n，n为大于1的整数；绝对式多圈编码器的信号输出端与中央处理器的信号输入端相连接；本装置能够降低对编码器的位数及精度要求，降低转台的研制成本。
Description
技术领域
本发明涉及伺服系统控制技术领域，尤其涉及一种基于绝对式编码器测角测速的伺服转台。
背景技术
精密伺服系统需要进行速度和位置闭环控制，这就需要对速度和位置进行精确的测量；通常的设计方法是对伺服转台的速度和位置分别进行测量，这就需要速度和位置两套测量传感器；这种方法虽然简单易于实现，但是每一个环路都需要单独的传感器，增加了硬件成本，伺服转台的结构设计比较复杂，维修性差。
也有通过安装于伺服转台旋转轴上的编码器（角速度传感器）测量速度和位置的案例，这种方法优点是可以省去一个速度传感器，但是如果想要获得很好的低速性能，就需要位数和精度很高的编码器，这会极大提高设备的研制成本；并且随着编码器位数及精度的提高，其对温度、冲击、震动等环境适应性变差，对转台机械加工及装配精度都会提出更高要求，这也会增加设备研制成本。
因此，如何设计一种伺服转台，在省去一个速度传感器的同时，不需要使用位数和精度很高的编码器即可精确测量伺服转台的转动速度和转动位置，是本领域的技术人员急需解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于绝对式编码器测角测速的伺服转台，能够省去一个速度传感器，且能够降低对编码器的位数及精度要求，使伺服转台在高低温、冲击、震动等环境下有更好的稳定性。
本发明采用的技术方案为：一种基于绝对式编码器测角测速的伺服转台，包括安装架、壳体、中央处理器、变频器、上位机、设置在壳体中的定轴以及设置在壳体外侧壁上的绝对式多圈编码器和减速机，所述减速机包括调速电机和设置在调速电机的输出端上的减速装置；上位机的通讯端口与中央处理器的通讯端口相连接，中央处理器的控制端与变频器的受控端相连接，变频器的控制端与调速电机的受控端相连接，用于控制调速电机的速度及转动角度；所述壳体中对应设置有两个轴承座，所述定轴设置在两个轴承座上，定轴的下端伸出壳体并与安装架固定连接；所述定轴上套设有大齿轮，绝对式多圈编码器的输入端上设置有第一小齿轮，减速机的输出端上设置有第二小齿轮，第一小齿轮和第二小齿轮分别与大齿轮相啮合，大齿轮与第一小齿轮之间的减速比为2n，n为大于1的整数；所述绝对式多圈编码器的信号输出端与中央处理器的信号输入端相连接。
进一步地所述第一小齿轮与大齿轮均为消隙齿轮。
进一步地所述大齿轮与第一小齿轮之间的减速比为8。
进一步地所述大齿轮与第二小齿轮之间的减速比等于大齿轮与第一小齿轮之间的减速比。
进一步地所述绝对式多圈编码器为光电编码器。
本发明通过设置在壳体中的定轴与安装架固定连接，并通过设置在减速机输出端上的第二小齿轮和套接在定轴上的大齿轮啮合来传动壳体转动，由于大齿轮与设置在绝对式多圈编码器输入端上的第一小齿轮啮合，壳体转动时带动第一小齿轮转动，第一小齿轮带动绝对式多圈编码器旋转，中央处理器与绝对式多圈编码器连接得到绝对式多圈编码器的转动角度，通过角度变化解算出绝对式多圈编码器的旋转速度，然后通过第一小齿轮与大齿轮的减速比计算得到壳体的旋转角度和速度，进而通过中央处理器、变频器和绝对式多圈编码器对调速电机的闭环控制实现壳体的旋转角度和速度与上位机设定的参数一致；本装置无需安装两套测量传感器分别对壳体的转动位置和速控进行测量，并且相对于套轴安装方式，可以有效降低对绝对式多圈编码器的位数及精度要求，降低整个装置的研制成本，使伺服转台在高低温、冲击、震动等环境有更好的稳定性，且绝对式多圈编码器的维修更换更加方便，提高了设备的可维修性。
进一步地通过设计第一小齿轮与大齿轮均为消隙齿轮，能够保证绝对式多圈编码器测量到壳体转动的速度和位置的准确性。
进一步地通过设计大齿轮与第一小齿轮之间的减速比为8，在保证大齿轮与第一小齿轮设计制造简单的同时，能够有效降低对绝对式多圈编码器精度和位数的要求，使大多数性价比较高的绝对式多圈编码器均能满足需求。
更进一步地通过设计大齿轮与第二小齿轮之间的减速比等于大齿轮与第一小齿轮之间的减速比，便于设计中央处理器中通过控制减速机的运行来控制壳体的转速及转动角度的算法，使整个闭环控制设计更加简单。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的控制原理框图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于绝对式编码器测角测速的伺服转台，包括安装架9、壳体1、中央处理器、变频器、上位机、设置在壳体1中的定轴5以及设置在壳体1外侧壁上的绝对式多圈编码器3和减速机6，绝对式多圈编码器3和减速机6分别设置在壳体1的两侧，绝对式多圈编码器3优选为光电编码器，具有更好的抗干扰性能和测量精度；所述减速机6包括调速电机和设置在调速电机的输出端上的减速装置，将调速电机和减速装置集成到一个装置上属于现有技术，在此不再赘述；中央处理器设置在主控板上，上位机的通讯端口与中央处理器的通讯端口相连接，用于向中央处理器发送控制命令并接收中央处理器反馈的信息；中央处理器的控制端与变频器的受控端相连接，用于发送调速、步进控制信号给变频器；变频器的控制端与调速电机的受控端相连接，用于控制调速电机的转速及转动角度；所述绝对式多圈编码器3的信号输出端与中央处理器的信号输入端相连接，绝对式多圈编码器3、中央处理器和变频器组成对调速电机的闭环控制。
所述壳体1为筒状，壳体1中对应固定设置有两个轴承座4，所述定轴5转动设置在两个轴承座4上，定轴5的下端伸出壳体1并与安装架9固定连接，定轴5固定，壳体1旋转的设计方式使伺服转台转动时更加的平稳；壳体1上设置挂架，用于安装雷达、高清相机等设备；所述定轴5上还套设有大齿轮8，绝对式多圈编码器3的输入端上套设有第一小齿轮2，减速机6的输出端上套设有第二小齿轮7，第一小齿轮2和第二小齿轮7分别与大齿轮8相啮合，优选地第一小齿轮2为消隙齿轮，能够保证绝对式多圈编码器3测量到壳体1转动的速度和位置的准确性，第二小齿轮7也可以采用消隙齿轮，保证减速机6驱动壳体1转动时更加准确和稳定。
所述大齿轮8与第一小齿轮2之间的减速比为2n，即2的n次方，n为大于1的整数；在安装调试时，要根据大齿轮8与第一小齿轮2之间的减速比及设计需求设计绝对式多圈编码器3的圈数，保证伺服转台能够按照设计圈数要求连续旋转；通过大齿轮8与第一小齿轮2相啮合，壳体1旋转时会带动第一小齿轮2旋转，然后利用绝对式多圈编码器3采集第一小齿轮2的转动信息，进而通过大齿轮8和第一小齿轮2之间的减速比来推算出壳体1的转速和位置，可以有效降低编码器位数，并且可以保证测角测速的精度，如大齿轮8与第一小齿轮2的减速比为4，则绝对式多圈编码器3可降低2位；如大齿轮8与第一小齿轮2的减速比为8，则绝对式多圈编码器3可降低3位，依次类推；优选地大齿轮8与第一小齿轮2之间的减速比为8，在保证大齿轮8与第一小齿轮2设计制造简单的同时，能够有效降低对绝对式多圈编码器3的精度和位数的要求，使大多数性价比较高的绝对式多圈编码器3均能满足需求；本实施例中大齿轮8与第二小齿轮7之间的减速比等于大齿轮8与第一小齿轮2之间的减速比，便于设计中央处理器中通过控制减速机6的运行来控制壳体1的转速及转动角度的算法，使整个闭环控制设计更加简单。
本装置运行时，如图2所示，减速机6通过第二小齿轮7和大齿轮8啮合来驱动壳体1转动，由于大齿轮8还与第一小齿轮2啮合，壳体1转动时带动第一小齿轮2转动，第一小齿轮2带动绝对式多圈编码器3旋转，此时，中央处理器可以得到绝对式多圈编码器3的转动角度，通过角度变化解算出绝对式多圈编码器3的旋转速度，然后通过第一小齿轮2与大齿轮8的减速比计算得到壳体1的旋转角度和速度，进而通过闭环控制实现壳体1的旋转角度和速度与上位机设定的参数一致，本装置无需安装两套测量传感器分别对壳体1的位置和速控进行测量，并且相对于套轴安装方式，可以有效降低对绝对式多圈编码器3的位数及精度要求，降低整个装置的研制成本，使伺服转台在高低温、冲击、震动等环境下有更好的稳定性，且绝对式多圈编码器3的维修更换更加方便，提高了设备的可维修性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种基于绝对式编码器测角测速的伺服转台，其特征在于，包括安装架、壳体、中央处理器、变频器、上位机、设置在壳体中的定轴以及设置在壳体外侧壁上的绝对式多圈编码器和减速机，所述减速机包括调速电机和设置在调速电机的输出端上的减速装置；上位机的通讯端口与中央处理器的通讯端口相连接，中央处理器的控制端与变频器的受控端相连接，变频器的控制端与调速电机的受控端相连接，用于控制调速电机的速度及转动角度；所述壳体中对应设置有两个轴承座，所述定轴设置在两个轴承座上，定轴的下端伸出壳体并与安装架固定连接；所述定轴上套设有大齿轮，绝对式多圈编码器的输入端上设置有第一小齿轮，减速机的输出端上设置有第二小齿轮，第一小齿轮和第二小齿轮分别与大齿轮相啮合，大齿轮与第一小齿轮之间的减速比为2n，n为大于1的整数；所述绝对式多圈编码器的信号输出端与中央处理器的信号输入端相连接。
2.如权利要求1所述的基于绝对式编码器测角测速的伺服转台，其特征在于：所述第一小齿轮与大齿轮均为消隙齿轮。
3.如权利要求2所述的基于绝对式编码器测角测速的伺服转台，其特征在于：所述大齿轮与第一小齿轮之间的减速比为8。
4.如权利要求3所述的基于绝对式编码器测角测速的伺服转台，其特征在于：所述大齿轮与第二小齿轮之间的减速比等于大齿轮与第一小齿轮之间的减速比。
5.如权利要求4所述的基于绝对式编码器测角测速的伺服转台，其特征在于：所述绝对式多圈编码器为光电编码器。
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