CN109164833B - 一种可进行自动调整的角度控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可进行自动调整的角度控制系统及其控制方法，包括信息采集组件、机械传动组件和上位机数据处理组件，机械传动组件包括传感器单元、转接框架单元、电机零件单元、信息传输单元；上位机数据处理组件包括信息存储单元、信息处理单元；在传感器单元中还包括回转中心通道，在确保角度传感器的测试精度的前提下，能够实现直接将信号电缆从自动控制系统电机回转中心引出至下一级控制单元，把信号电缆的摩擦力矩对系统调控带来的影响降到最低。

Description

一种可进行自动调整的角度控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体涉及一种可进行自动调整的角度控制系统及其控制方法。

背景技术

采用电机精确驱动框架转动带动镜头等信息采集器在一定范围内回转进行特定信息采集是诸如无人机等无人飞行器的基本工作方式。其工作原理是：通过框架把镜头和电机、角度传感器在回转中心上装配在一起，电机根据上位机指令带动框架转动调整镜头角度，角度传感器把框架实际转动角度实时反馈给上位机，完成一个操作指令，通过这样一系列不间断的操作信息采集组件可以按照指令完成对特定对象的跟踪操作。

现有非接触式磁敏角度传感器的工作方式是把角度传感器安装在待测转动轴的轴线(回转中心线)，利用与待测轴同轴布置传感器芯片和磁体的相对位置发生改变检测待测轴的旋转角度，为了保证测试效果不受外界干扰，通常需要做屏蔽保护系统。

这样的测试方式在结构紧凑的传动机构中，由于驱动电机和传感器同轴安装，使得处于框架内如镜头等信号采集单元的信号电缆无法通过回转中心传递到下一级控制单元，而只能通过直接缠绕在框架上引向外部，这样就增加了电机带动框架转动的摩擦力矩和牵拉力矩，降低了自动控制系统的调控精度。

现有技术中为了降低信息采集组件的信号电缆对框架调控带来力矩影响，通常把设置在回转中心线上的角度传感器通过齿轮联接错开电机轴线安装，这样可以保证把框架内信号电缆通过轴心过孔引出来达到最大限度降低信号电缆对系统调控带来的影响，但由于传感器是通过齿轮传递检测框架转动信息，其反馈的角度信息会受到齿轮间隙等机械传动误差的影响，从而影响到电机调控框架的精度，最终影响到系统的整体性能，是该系统无法及时采集到特定对象的动态信息，造成目标丢失或搞错目标对象。

发明内容

本发明提供了一种可进行自动调整的角度控制系统，在确保角度传感器的测试精度的前提下，能够实现直接将信号电缆从自动控制系统电机回转中心引出至下一级控制单元，把信号电缆的摩擦力矩对系统调控带来的影响降到最低。

一种可进行自动调整的角度控制系统，包括信息采集组件、机械传动组件和上位机数据处理组件，信息采集组件与机械传动组件连接，上位机数据处理组件与机械传动组件连接，信息采集组件包括信息采集装置和信号电缆，机械传动组件包括传感器单元、转接框架单元和接受所述上位机数据处理组件控制命令的电机零件单元，转接框架单元的内侧放置信息采集组件，转接框架单元的外侧一侧连接所述传感器单元，另一侧连接电机零件单元；信息采集装置组件通过信号电缆将信息传输给上位机数据处理组件；上位机数据处理组件包括信息存储单元、信息处理单元；

进一步的，传感器单元包括轴承零件、磁体、有法兰面的内壳、配线基板、磁屏蔽零件，轴承零件与磁体连接，内壳的一端与轴承零件连接，内壳的另一端与配线基板及磁屏蔽零件依次连接；

进一步的，轴承零件包括依次连接的微型挡圈、挡圈、传感器轴承以及轴；

进一步的，磁屏蔽零件包括依次连接的外屏蔽套及后端屏蔽盖板；

进一步的，电机零件单元包括电机、电机挡圈、外轴承，外轴承安装在信息采集组件和机械传动组件的连接处，电机安装在转接框架单元与传感器单元相对的一侧，电机挡圈安装在电机的外侧；

进一步的，内壳的与所述轴承零件连接的一侧设置有限位块；

进一步的，轴由直径较大变为直径较小的变径的圆柱型结构，在轴直径较大的一端安装有轨道，与限位块配合，让限位块能够在轨道内运动；

进一步的，传感器单元还开设有回转中心通道结构，该结构包括轴开有的轴心孔、在轴的直径较大一端的轨道内开设的侧位孔、在内壳的侧壁开设的出线孔以及在外屏蔽套开设的凹槽。

本发明还提供一种可进行自动调整的角度控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：上位机数据处理组件通过存储在信息存储单元中的指令控制电机带动转接框架单元转动一个特定角度，使信息采集组件转动并采集到特定位置信息；

步骤二：传感器单元负责把机械传动组件完成转动的角度信息反馈到上位机数据处理组件；

步骤三：上位机数据处理组件的信息处理单元对该角度信息进行判断，如果角度信息正确则结束此次控制循环，如果角度信息有误则继续调节机械传动组件的位置，即返回步骤一继续进行调节。

本发明通过局部中空轴和内壳外屏蔽壳特定位置的开孔实现了传感器法兰固定面的两端相通透，实现了自动控制系统的信号电缆通过电机轴线传输到下一级控制单元的目的，消除了信号电缆摩擦力矩对系统调试带来的误差和不确定性，改善了系统调试环境，减少了控制电机无效功耗，使系统运行顺畅，提高了系统控制精度，解决了小微型自动控制系统在封闭结构中通信电缆传输难题。

附图说明

图1为本发明角度控制系统结构装配示意图；

图2为本发明角度控制系统结构C-C剖视图；

图3为本发明角度控制系统结构主视图；

图4为本发明传感器单元主视图；

图5为本发明传感器单元C-C剖视图；

图6为本发明传感器单元结构装配示意图；

图7为本发明传感器单元结构回转中心通道结构示意图。

图中：10-传感器单元，20-转接框架单元，30-信息采集组件，40-电机，50-电机挡圈，60-外轴承；

1-微型挡圈，2-挡圈，3-传感器轴承，4-轴，5-磁体，6-内壳，7-配线基板，8-外屏蔽套，9-后端屏蔽盖板；

11-轴心孔，12-侧位孔，13-轨道，14-限位块，15-出线孔，16-凹槽，17-信号电缆。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有技术的问题，开发了一种可进行自动调整的角度控制系统，如图1-图3，包括信息采集组件30、机械传动组件和上位机数据处理组件，信息采集组件30包括信息采集装置和信号电缆17，其中信号采集装置包括并不限于电视摄像头、红外摄像头及相应电路系统及软件系统组成，信息采集组件与机械传动组件连接，上位机数据处理组件与机械传动组件连接，机械传动组件包括传感器单元10、转接框架单元20、包括电机40、电机挡圈50和外轴承60的电机零件单元，转接框架单元20的内侧用于放置信息采集装置，转接框架单元的外侧的一侧连接传感器单元10，另一侧连接电机零件单元；上位机数据处理组件包括信息存储单元、信息处理单元。

如图4-图6，机械传动组件的传感器单元由微型挡圈1、挡圈2、传感器轴承3、轴4、磁体5、内壳6、配线基板7、外屏蔽套8、后端屏蔽盖板9组成。其中，微型挡圈1、挡圈2、传感器轴承3、轴4构成轴承零件，外屏蔽套8和后端屏蔽盖板9构成角度传感器的磁屏蔽零件。带有法兰面的圆柱形内壳6一端通过传感器轴承3、微型挡圈1、挡圈2和轴4相连接，其中另一端固定配线基板7，外部固定外屏蔽套8和后端屏蔽盖板9。在内壳6特定位置开有出线孔15并与外屏蔽套8的凹槽16配合，以便于传感器电源及信号电缆17的引出。内壳6是有法兰面的圆柱形结构，法兰面位于结构的中部位置。在圆柱体法兰面的两端向中间挖空，中间由墙式结构分隔开，形成两个互不相通的区域。内壳6的一端安装配线基板7形成电子组件工作区域；另一端安装轴4，轴4是一个由直径较大变为直径较小的变径的圆柱型结构，在内壳6上安装有限位块14，并在轴4变径部位设置轨道13，使轴4仅能在在内壳6体内自由转动，形成机械转动工作区域。轴4直径较大的一端镶嵌固定粘接磁体5，和配线基板7上的磁敏传感器相对安装。在轴4的变径部位及轨道13处开设有侧位孔12，轨道13是中空的，该中空部位即侧位孔12，该侧位孔12的一端在轴4中心和轴4直径较小端相向掏空的轴心孔11相通，另一端依次通过内壳6侧壁的出线孔15、外屏蔽套8的凹槽16和外界相通，由于轴4通过轨道13在被闲置在内壳6的固定范围内转动，且无论怎样转动，通过由轴心孔11、侧位孔12、出线孔15、凹槽16组成的回转中心通道结构，各部件之间不会由于轴4的转动而发生碰撞、剪切进而造成该通道被部分分封闭或完全封闭。轴4直径较小的一端在末端被加工成有一定长度截面为正方形结构。

如图7，本发明的角度控制系统相对于现有技术，由于采用了在轴4、轨道13处和侧向开孔，通过和内壳6及外屏蔽套8同一位置的开孔相通，形成了传感器法兰固定面的两端相互贯通的结构即回转中心通道结构，信号电缆17能够直接穿过轴承零件的中心并从传感器单元10的内壳6及磁屏蔽零件的回转中心通道穿出，而且在传感器单元10进行角度调节时，由于轨道13开设有范围较大的侧位孔12，轨道13，限位块14配合提供限位功能，使电机的旋转不会损害信号电缆17；因此信号电缆17不会影响轴承零件的旋转，能够让信号电缆17直接通过传感器单元与上位机数据处理组件连接，实现自动控制系统的信号电缆17通过电机轴线传输到下一级控制组件的目的，消除了信号电缆摩擦力矩对系统调试带来的误差和不确定性，改善了系统调试环境，减少了控制电机无效功耗，使系统运行顺畅，提高了系统控制精度。

另外，本发明的角度控制系统的控制方法为：

步骤一：上位机数据处理组件通过存储在信息存储单元中的指令控制电机带动转接框架单元转动一个特定角度，使信息采集组件转动并采集到特定位置信息；

步骤二：传感器单元负责把机械传动组件完成转动的角度信息反馈到上位机数据处理组件；

步骤三：上位机数据处理组件的信息处理单元对该角度信息进行判断，如果角度信息正确则结束此次控制循环，如果角度信息有误则继续调节机械传动组件的位置，即返回步骤一继续进行调节。

通过这样一系列不间断的操作系统可以按照指令完成对特定对象信息的跟踪采集等工作。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可进行自动调整的角度控制系统，其特征在于，包括信息采集组件、机械传动组件和上位机数据处理组件，所述信息采集组件与所述机械传动组件连接，所述上位机数据处理组件与所述机械传动组件连接，所述信息采集组件包括信息采集装置和信号电缆，所述机械传动组件包括传感器单元、转接框架单元和接受所述上位机数据处理组件控制命令的电机零件单元，所述转接框架单元的内侧放置信息采集组件，所述转接框架单元包括四个侧壁、上下中空构成的框架，并且所述转接框架单元的外侧一侧连接所述传感器单元，另一侧连接所述电机零件单元；所述信息采集装置组件通过所述信号电缆将信息传输给所述上位机数据处理组件；所述上位机数据处理组件包括信息存储单元、信息处理单元；并且所述传感器单元包括轴承零件、磁体、有法兰面的内壳、配线基板、磁屏蔽零件，所述轴承零件与磁体连接，所述内壳的一端与所述轴承零件连接，所述内壳的另一端与所诉配线基板及所述磁屏蔽零件依次连接；所述轴承零件局部设置为中空轴，通过局部中空轴和内壳另一端的外屏蔽壳中特定位置的开孔，实现了传感器法兰固定面的两端相通透。

2.根据权利要求1所述的可进行自动调整的角度控制系统，其特征在于：所述轴承零件包括依次连接的微型挡圈、挡圈、传感器轴承以及轴。

3.根据权利要求1所述的可进行自动调整的角度控制系统，其特征在于：所述磁屏蔽零件包括依次连接的外屏蔽套及后端屏蔽盖板。

4.根据权利要求1所述的可进行自动调整的角度控制系统，其特征在于：所述电机零件单元包括电机、电机挡圈、外轴承，所述外轴承安装在所述信息采集组件和所述机械传动组件的连接处，所述电机安装在所述转接框架单元与所述传感器单元相对的一侧，所述电机挡圈安装在所述电机的外侧。

5.根据权利要求2所述的可进行自动调整的角度控制系统，其特征在于：所述内壳的与所述轴承零件连接的一侧设置有限位块。

6.根据权利要求5所述的可进行自动调整的角度控制系统，其特征在于：所述轴由直径较大变为直径较小的变径的圆柱型结构，在所述轴直径较大的一端安装有轨道，与所述限位块配合，让所述限位块能够在所述轨道内运动。

7.根据权利要求6所述的可进行自动调整的角度控制系统，其特征在于：所述传感器单元还开设有回转中心通道结构，该结构包括所述轴开有的轴心孔、在所述轴的直径较大一端的轨道内开设的侧位孔、在所述内壳的侧壁开设的出线孔以及在外屏蔽套开设的凹槽。

8.一种可进行自动调整的角度控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：上位机数据处理组件通过存储在信息存储单元中的指令控制电机带动转接框架单元转动一个特定角度，使信息采集组件转动并采集到特定位置信息；

步骤二：传感器单元负责把机械传动组件完成转动的角度信息反馈到上位机数据处理组件；其中，所述机械传动组件包括转接框架单元，所述转接框架单元包括四个侧壁、上下中空构成的框架，并且所述转接框架单元的外侧一侧连接所述传感器单元，另一侧连接所述电机零件单元；所述传感器单元包括轴承零件、磁体、有法兰面的内壳、配线基板、磁屏蔽零件，所述轴承零件与磁体连接，所述内壳的一端与所述轴承零件连接，所述内壳的另一端与所诉配线基板及所述磁屏蔽零件依次连接；所述轴承零件局部设置为中空轴，通过局部中空轴和内壳另一端的外屏蔽壳中特定位置的开孔，实现了传感器法兰固定面的两端相通透；

步骤三：上位机数据处理组件的信息处理单元对该角度信息进行判断，如果角度信息正确则结束此次控制循环，如果角度信息有误则继续调节机械传动组件的位置，即返回步骤一继续进行调节。

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