CN109799016B - 一种直流电机输出扭矩标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流电机输出扭矩标定装置，交流伺服电机、行星式减速器、导电滑环、扭矩传感器和待标定直流电机装配在标定平台之上，而且中心轴线重合，行星式减速器与交流伺服电机相连。导电滑环一端连接扭矩传感器输出信号线，另一端连接控制器。控制器包括直流电机驱动电流测量模块、扭矩传感器电压信号测量模块、电机驱动控制模块、通信模块。此外本装置可以将伺服电机设置为以一定的速率转动，从而实现对直流电机的动态标定。本发明实施简单，操作方便，工作效率高，可以准确标定直流电机输出扭矩和驱动电流的关系，从而提高直流电机的控制效率并改善直流电机的控制效果。

Description

一种直流电机输出扭矩标定装置

技术领域

本发明涉及一种用于测定直流电机扭矩的检测装置，特别是一种直流电机输出扭矩标定装置。

背景技术

直流电机是一种依靠直流电驱动，可以实现电能转换或传递的装置。它可以通过输出扭矩，作为各类机械部件的动力源。直流电机具有起动、制动扭矩大，易于控制以及调速性能好的优点，因此其广泛适用于对调速要求较高或者需要较大起动扭矩的器械。目前直流电机已经在机器人控制、医疗器械和电动汽车等多个领域中得到广泛应用。

为了实现对直流电机的有效控制，首先必须能够准确控制其输出扭矩，而每个直流电机往往具有不同的输出扭矩和电流关系。为实现设备的稳定运行以及充分发挥直流电机的性能，必须能够准确控制直流电机的输出扭矩。现有的直流电机标定装置大多仅能够实现直流电机的静态标定，而且操作步骤比较复杂，需要反复使用砝码进行标定。此外，现有的直流电机标定装置大多体积比较庞大。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种简便的标定直流电机输入电流与输出扭矩关系的装置，从而可以通过控制直流电机输入电流实现对其扭矩的准确控制，改善直流电机的控制效果。

技术方案：为实现上述目的，本发明的直流电机输出扭矩标定装置，包括标定平台、交流伺服电机、减速器、导电滑环、扭矩传感器和控制器，所述电机、减速器、导电滑环和扭矩传感器依次连接装配，并固定在标定平台上，所述导电滑环一端连接扭矩传感器的输出信号线，另一端连接控制器。

为了实现对直流电机输出扭矩的精确标定，用于检测数据的控制器包括微处理器、直流电机驱动电流测量模块、扭矩传感器电压信号测量模块、电机驱动控制模块和通信模块，所述扭矩传感器电压信号测量模块连接在微处理器和扭矩传感器之间，所述直流电机驱动电流测量模块连接在直流电机驱动的电流通路和微处理器之间，所述微处理器通过通信模块与计算机连接，所述微处理器通过电机驱动控制模块与交流伺服电机连接。

优选的，为了精确测定直流电机电路的电流，在直流电机驱动电流测量模块的直流电机电流通路中串接一个精密小电阻。

进一步的，交流伺服电机输出轴与减速器连接，减速器另一端通过法兰与扭矩传感器配合连接，法兰穿过导电滑环，扭矩传感器和待测直流电机之间通过联轴器连接。

进一步的，标定平台包括底座和支撑板，所述支撑板互相平行固定在底座上，支撑板上设有中心孔，且中心孔的轴线重合，所述减速器固定在一侧支撑板的中心孔内，导电滑环固定在另一侧支撑板的中心孔内。

优选的，减速器为行星减速器。

有益效果：本发明提高了直流电机的控制效率，改善了直流电机的控制效果，通过测量直流电机不同转速状态下输出扭矩和驱动电流的关系，最后可以得到多组控制曲线。在实际应用中，可以根据期望的输出扭矩对直流电机施加对应的驱动电流，实现不同转速条件下输出扭矩的准确控制。同时，本发明操作简单，便于实现，工作效率高。在标定过程中，只需要将待标定电机装配到平台上就可以进行标定，之后通过一系列的操作步骤就可以在计算机上自动生成该电机的标定信息。此外本发明可以对多种型号的直流电机进行标定，实现了直流电机的动态标定。传统的标定装置中往往测量的是电机的堵转电流和其输出扭矩的关系，本发明可以测量出直流电机在不同的转速下输出扭矩和输入电流的关系。

附图说明

图1为本发明中同一轴线部件装配时的部件拆解图；

图2为本发明的直流电机标定平台结构示意图；

图3为本发明的标定装置整体结构示意图；

图4为本发明的控制器结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种直流电机输出扭矩标定装置，下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、2、3所示，本发明的直流电机扭矩标定装置，用于直流电机扭矩的测量计算，主要由交流伺服电机1、行星式减速器2、导电滑环3、扭矩传感器5、联轴器6、标定平台9和控制器10组成。

其中标定平台9主要由底座901、支撑板902和固定板903组成。支撑板902为两块，分别固定在标定平台9上，支撑板902的下端与底座901连接位置设有若干三角形固定板903，用于连接固定支撑板902和底座901，两块支撑板902相互平行，支撑板902上设有中心孔，两块支撑板902上的中心孔的轴线相互重合。

交流伺服电机1的输出轴固定连接行星式减速器2。行星式减速器2固定在支撑板902的一侧，并且轴线和支撑板902的中心孔重合。行星式减速器2的输出轴和法兰4配合连接。法兰4和扭矩传感器5的其中一侧配合连接；法兰4穿过导电滑环3，导电滑环3固定在另一侧的支撑板902上，扭矩传感器5的另一侧和待标定直流电机之间通过联轴器6进行连接。导电滑环3的一端连接扭矩传感器5的输出信号线，另一端连接控制器10，从而可以实现扭矩传感器5跟随系统连续旋转，保证其引出的信号线不会缠绕到旋转轴上。

控制器10主要由微处理器、直流电机驱动电流测量模块101、扭矩传感器电压信号测量模块102、电机驱动控制模块103和通信模块104组成。其中电机驱动控制模块103分为直流电机驱动模块和伺服电机驱动模块。扭矩传感器电压信号测量模块102连接在微处理器和扭矩传感器5之间；直流电机驱动电流测量模块101连接在直流电机驱动的电流通路和微处理器之间，同时在直流电机驱动的电流通路之间接入一个精密小电阻用以检测电流。微处理器的数据输出端通过通信模块104与计算机连接；微处理器的控制端通过电机驱动控制模块分别与直流电机和交流伺服电机连接。

本发明在实际使用过程中，将待测直流电机8与联轴器6相连接，并将直流电机通过直流电机驱动电流通路将直流电机通电。

在电机扭矩标定过程中，直流电机电流测量模块101通过在直流电机驱动电流通路中接入一个精密小电阻，将该电阻两端的电压小信号经过调理之后再通过RMS-DC转换器得到等效直流电压信号，再经过A/D转换之后可以换算得出对应的电流有效值。扭矩传感器电压信号测量模块102将扭矩传感器输出信号经过调理之后再进行A/D转换，最终最后得到对应的扭矩数据。

微处理器将直流电机的电流数据和扭矩数据通过通信模块104发送到计算机，计算机可以在图形界面上显示特定转速下扭矩和电流关系曲线。

直流电机输出扭矩标定分为静态标定和动态标定。

进行直流电机的静态标定时，交流伺服电机断电静止，直流电机驱动电流通路直接驱动直流电机转动，并通过计算机发送直流电机驱动的控制数据到微处理器，并通过微处理器改变直流电机的输入电流，扭矩传感器5测量不同电流情况下直流电机的扭矩数据，并通过扭扭矩传感器电压信号测量模块102将数据输送到微处理器。微处理器将直流电机驱动电流测量模块101和扭矩传感器测量模块102反馈得到的驱动电流和输出扭矩数据发送到计算机，由计算机将关系曲线绘制出来。

进行直流电机的动态标定时，交流伺服电机定速转动，计算机将交流伺服电机驱动的控制数据传送到到微处理器，微处理器通过伺服电机驱动模块将交流伺服电机设置为固定的转速转动。直流电机驱动电流通路直接驱动直流电机转动，并通过计算机发送直流电机驱动的控制数据到微处理器，并通过微处理器改变直流电机的输入电流，扭矩传感器测量不同电流情况下直流电机的扭矩数据，并通过扭矩传感器测量模块将数据输送到微处理器。微处理器将直流电机驱动电流测量模块101和扭矩传感器电压信号测量模块102反馈得到的驱动电流和输出扭矩数据发送到计算机。在完成一组数据测定后，改变交流伺服电机的转速，测出不同转速下直流电机的输入电流和输出扭矩的关系，并将其记录分析。

通过以上测出的直流电机输入电流和输出扭矩的关系，可以根据期望的输出扭矩对直流电机施加对应的驱动电流，实现不同转速条件下输出扭矩的准确控制，从而提高直流电机的控制效率并改善直流电机的控制效果。

Claims (4)

1.一种直流电机输出扭矩标定装置，其特征在于：包括标定平台(9)、交流伺服电机(1)、减速器(2)、导电滑环(3)、扭矩传感器(5)和控制器(10)，所述交流伺服电机(1)、减速器(2)、导电滑环(3)和扭矩传感器(5)依次连接，并固定在标定平台(9)上，所述导电滑环(3)一端连接扭矩传感器(5)的输出信号线，另一端连接控制器；

所述控制器(10)包括微处理器、直流电机驱动电流测量模块(101)、扭矩传感器电压信号测量模块(102)、电机驱动控制模块(103)和通信模块(104)，所述扭矩传感器电压信号测量模块(102)连接在微处理器和扭矩传感器(5)之间，所述直流电机驱动电流测量模块(101)连接在直流电机驱动的电流通路和微处理器之间，所述微处理器通过通信模块(104)与计算机连接，所述微处理器通过电机驱动控制模块与交流伺服电机连接；

所述直流电机驱动电流测量模块(101)的直流电机驱动的电流通路中串接一个精密小电阻检测电流。

2.根据权利要求1所述的直流电机输出扭矩标定装置，其特征在于：所述交流伺服电机输出轴与减速器(2)连接，减速器(2)另一端通过法兰(4)与扭矩传感器(5)配合连接，法兰(4)穿过导电滑环(3)，扭矩传感器和待测直流电机之间通过联轴器连接。

3.根据权利要求1所述的直流电机输出扭矩标定装置，其特征在于：所述标定平台(9)包括底座(901)和支撑板(902)，所述支撑板(902)互相平行固定在底座(901)上，支撑板上设有中心孔，且中心孔的轴线重合，所述减速器固定在一侧支撑板(902)的中心孔内，导电滑环(3)固定在另一侧支撑板(902)的中心孔内。

4.根据权利要求1所述的直流电机输出扭矩标定装置，其特征在于：所述减速器(2)为行星减速器。

Images