CN113514086A - 小行程绝对编码器及转动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种小行程绝对编码器及转动装置，小行程绝对编码器包括：壳体；转轮，至少部分转轮位于壳体内且能够相对壳体转动，转轮的一端与执行器的传动机构连接，另一端设置有条形磁铁；电路板，固定在壳体内，电路板上设置有磁感应芯片、角度计算模块及堵转时间模块，磁感应芯片与转轮相对设置以感应条形磁铁的位置，角度计算模块及堵转时间模块均与磁感应芯片连接，且角度计算模块及堵转时间模块能够根据磁感应芯片感应的位置信息分别计算转轮的转动角度及堵转时间。通过在电路板上集成磁感应芯片、角度计算模块及堵转时间模块，仅通过一个电路板及一个转轮即可实现对执行器的行程测量及过力矩保护，结构简单、体积小、故障率低且成本低。
Description
技术领域
本发明涉及编码器技术领域，尤其涉及一种小行程绝对编码器及转动装置。
背景技术
现有的绝对编码器用来测量转动设备转圈数的行程，通常采用一个主动轮和两到三个从动轮，每个齿轮带动一个径向磁铁，磁铁感应位于电路板上的芯片，当主动轮带动从齿轮转动时，每个齿轮的角度通过磁铁反应出来，通过编程计算，可以测量出绝对编码器当下的位置。
但是，现有的技术适用于4-5转以上的多回转执行器，对于小行程执行器，尤其是角行程执行器，执行器输出只有不到一周的行程，如果使用多转的绝对编码器，需要传动增速才行，致使转动阻力大，并且，齿轮组传动变得复杂，转轮数量较多，成本高且安装不方便，容易出问题。
此外，现有技术对力矩的测量需要专门的力矩装置，或者增加一个独立齿轮，对于小行程或角行程的执行器，由于体积小，测量力矩装置过于复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小行程绝对编码器及转动装置，结构简单，能够实现小行程执行器的行程测量和过力矩保护。
为了达到上述目的，本发明提供了一种小行程绝对编码器，包括：
壳体；
转轮，至少部分所述转轮位于所述壳体内且所述转轮能够相对所述壳体转动，所述转轮的一端与执行器的传动机构连接，另一端沿所述转轮的径向设置有一条形磁铁；
电路板，固定在所述壳体内，所述电路板上设置有磁感应芯片、角度计算模块及堵转时间模块，所述磁感应芯片与所述转轮设置有条形磁铁的一端相对设置以感应所述条形磁铁的位置，所述角度计算模块及所述堵转时间模块均与所述磁感应芯片连接，且所述角度计算模块及所述堵转时间模块能够根据所述磁感应芯片感应的位置信息分别计算所述转轮的转动角度及堵转时间。
可选的，所述电路板通过CAN总线与所述执行器的主板连接。
可选的，所述转轮的转动角度不大于360°。
可选的，所述磁感应芯片的测得的最小角度不小于0.098°。
可选的，所述转轮通过一轴承固定在所述壳体内。
可选的，所述转轮的材质为铝或铜。
可选的，所述壳体的材质为尼龙。
基于此，本发明还提供了一种转动装置，包括执行器及所述的小行程绝对编码器，所述执行器包括主板及传动机构，所述主板与所述小行程绝对编码器的电路板电连接，所述传动机构与所述小行程绝对编码器的转轮连接以带动所述转轮转动。
可选的，所述电路板上的堵转时间模块将所述转轮的堵转时间发送给所述主板，当所述堵转时间大于阈值时，所述主板控制所述执行器停止转动。
可选的，所述电路板通过CAN总线与所述主板连接。
在本发明提供的小行程绝对编码器，通过在电路板上集成磁感应芯片、角度计算模块及堵转时间模块，仅通过一个电路板及一个转轮即可实现对行程测量及堵转时间测量，结构简单、体积小、故障率低且成本低。此外，在本发明提供的转动装置中，由于采用了所述小行程绝对编码器对执行器的行程及堵转时间测量，所述堵转时间可作为过力矩保护的依据，无需增加额外的测量装置来测量力矩，风险低且简单易行。
附图说明
本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1为本发明实施例提供的小行程绝对编码器的结构示意图；
其中，附图标记为：
10-壳体；20-转轮；30-条形磁铁；40-电路板；50-磁感应芯片。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
请参照图1，本实施例提供了一种小行程绝对编码器，包括：
壳体10；
转轮20，至少部分所述转轮20位于所述壳体10内且所述转轮20能够相对所述壳体10转动，所述转轮20的一端与执行器的传动机构连接，另一端沿所述转轮20的径向设置有一条形磁铁30；
电路板40，所述电路板40固定在所述壳体10内，所述电路板40上设置有磁感应芯片50、角度计算模块及堵转时间模块，所述磁感应芯片50与所述转轮20设置有条形磁铁30的一端相对设置以感应所述条形磁铁30的位置，所述角度计算模块及所述堵转时间模块均与所述磁感应芯片50连接，且所述角度计算模块及所述堵转时间模块能够根据所述磁感应芯片50感应的位置信息分别计算所述转轮20的转动角度及堵转时间。
具体的，所述壳体10用于安装并固定住所述电路板40，保证角度计算模块及堵转时间模块的测量结果的精确度。本实施例中，所述壳体10的材质为尼龙，成本低且机械性能强。当然，也可以采用其他材质的壳体10，本申请对此不作限制。
本实施例中，所述壳体10为筒状结构，至少部分所述转轮20位于所述壳体10内，即所述壳体10可以包裹部分所述转轮20，也可以包裹住全部所述转轮20，本申请对此不作任何限制。本实施例中，所述壳体10上可设置固定孔以用于固定。
请继续参照图1，所述转轮20的一端与执行器的传动机构连接，当所述传动机构转动时，所述转轮20跟随转动，且所述转轮20的转动行程与所述传动机构的转动行程保持一致，或者具有固定的传动比，故通过测量所述转轮20的转动行程即可得到所述执行器的转动行程。
本实施例中，所述转轮20通过一轴承固定在所述壳体10内。通过轴承将所述转轮20镶嵌在所述壳体10内，固定精度高，转动轻松且不易老化，使用寿命长。
本实施例中，所述转轮20的材质为铝或铜。当然，所述转轮20也可以采用其他的材质，例如尼龙，本申请对此不做任何限制。
请继续参照图1，所述电路板40上设置有磁感应芯片50、角度计算模块及堵转时间模块，所述磁感应芯片50与所述转轮20设置有条形磁铁30的一端相对设置，可以理解为所述转轮20的端部表面沿径向设置有一条形磁铁，所述磁感应芯片50与所述端部表面相对设置，以便于所述磁感应芯片50感应所述条形磁铁30的位置。本实施例中，所述条形磁铁30的起点和终点可任意设置，由于只有一个转轮20，通过所述条形磁铁30的起点及终点即可计算出所述条形磁铁30转过的角度，进而得到转轮20转过的角度和传动机构转过的角度，从而实现了执行器的行程测量。
此外，当通过所述磁感应芯片50感应到所述条形磁铁30的位置不动时，此时堵转时间模块统计所述转轮20的堵转时间。所述堵转时间可作为执行器过力矩保护的依据，因为堵转时间越长，表示堵转力矩越大，此时可通过预设一个堵转时间的阈值，当所述堵转时间大于阈值时，控制所述执行器停止转动，从而实现了执行器的过力矩保护。
本实施例中，所述角度计算模块及堵转时间模块的功能均可通过可编程芯片实现，通过编程将主板的力矩保护值改成堵转保护时间，比如原来执行器的力矩保护从30％至100％连续可调，使用此绝对编码器则为堵转保护时间从3秒至10S连续可调。本实施例中，所述磁感应芯片50可采用AMS公司的AS5050A，可编程芯片可采用ST公司的STM32F103CBT6，将磁感应芯片50、编程芯片以及所有附属元器件做成一完整的电路板40，即可实现对执行器的行程测量及过力矩保护。所述电路板40上除了设置磁感应芯片50、角度计算模块及堵转时间模块外，还可以设置其他元器件，例如电阻，本申请对此不作限制。
本实施例中，所述电路板40通过CAN总线与所述执行器的主板连接。采用CAN总线来传输数字信号，不受磁场等干扰，抗干扰性强。
本实施例中，所述转轮20的转动角度不大于360°。本实施例中提供的小行程绝对编码器主要适用于一转以内的小行程电动执行器，尤其是角行程执行器。
本实施例中，所述磁感应芯片50的测得的最小角度不小于0.098°。可以理解为所述磁感应芯片50的最大分辨率为每转1024个计数单位。这个分辨率可以满足市面上绝大多数执行器的需要。当然，可根据执行器的转动角度调整所述磁感应芯片50的分辨率，本申请对此不作任何限制。
基于此，本申请还提供了一种转动装置，包括执行器及所述的小行程绝对编码器，所述执行器包括主板及传动机构，所述主板与所述小行程绝对编码器的电路板电连接，所述传动机构与所述小行程绝对编码器的转轮连接以带动所述转轮转动。
本实施例中，所述执行器例如角行程执行器或其他的小行程电动执行器，本申请对此不作限制。
进一步的，所述电路板上的堵转时间模块将所述转轮的堵转时间通过数字信号的形式发送给所述主板，当所述堵转时间大于阈值时，所述主板控制所述执行器的动力机构停止转动，实现对执行器的过力矩保护。
现有的小行程和角行程执行器大多采用传统的计数器微动开关作为限位和力矩的保护，需要模拟量反馈的则采用电位计方式，这种结构复杂，多级的齿轮传动容易磨损，寿命短，这种结构不能实现非侵入式调整。鲜有采用绝对编码器的，由于绝对编码器是与多回转执行器通用的，因此限位需要增速，也增加了复杂性，并且转动的阻力加大容易出故障。本实施例把力矩保护和行程测量集合在一起，仅通过一个磁感应芯片及一个转轮即可实现，结构简单、体积小、故障率低且成本低。
本实施例中，可通过调整所述阈值来调整堵转保护的时间，进而适用不同力矩需求的场合。
综上，本发明提供了一种小行程绝对编码器，通过在小行程绝对编码器的电路板上集成磁感应芯片、角度计算模块及堵转时间模块，仅通过一个电路板及一个转轮即可实现对执行器的行程测量及过力矩保护，结构简单、体积小、故障率低且成本低。基于此，本发明还提供了一种转动装置，由于采用了所述小行程绝对编码器对执行器的行程及堵转时间测量，所述堵转时间可作为过力矩保护的依据，无需增加额外的测量装置来测量力矩，风险低且简单易行。并且，通过调整所述堵转时间的阈值来调整堵转保护的时间，能够适用不同力矩需求的场合。
此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (10)
1.一种小行程绝对编码器，其特征在于，包括：
壳体；
转轮，至少部分所述转轮位于所述壳体内且所述转轮能够相对所述壳体转动，所述转轮的一端与执行器的传动机构连接，另一端沿所述转轮的径向设置有一条形磁铁；
电路板，固定在所述壳体内，所述电路板上设置有磁感应芯片、角度计算模块及堵转时间模块，所述磁感应芯片与所述转轮设置有条形磁铁的一端相对设置以感应所述条形磁铁的位置，所述角度计算模块及所述堵转时间模块均与所述磁感应芯片连接，且所述角度计算模块及所述堵转时间模块能够根据所述磁感应芯片感应的位置信息分别计算所述转轮的转动角度及堵转时间。
2.如权利要求1所述的小行程绝对编码器，其特征在于，所述电路板通过CAN总线与所述执行器的主板连接。
3.如权利要求1所述的小行程绝对编码器，其特征在于，所述转轮的转动角度不大于360°。
4.如权利要求1所述的小行程绝对编码器，其特征在于，所述磁感应芯片的测得的最小角度不小于0.098°。
5.如权利要求1所述的小行程绝对编码器，其特征在于，所述转轮通过一轴承固定在所述壳体内。
6.如权利要求1所述的小行程绝对编码器，其特征在于，所述转轮的材质为铝或铜。
7.如权利要求1所述的小行程绝对编码器，其特征在于，所述壳体的材质为尼龙。
8.一种转动装置，其特征在于，包括执行器及如权利要求1-7中任一项所述的小行程绝对编码器，所述执行器包括主板及传动机构，所述主板与所述小行程绝对编码器的电路板电连接，所述传动机构与所述小行程绝对编码器的转轮连接以带动所述转轮转动。
9.如权利要求8所述的转动装置，其特征在于，所述电路板上的堵转时间模块将所述转轮的堵转时间发送给所述主板，当所述堵转时间大于阈值时，所述主板控制所述执行器停止转动。
10.如权利要求8所述的转动装置，其特征在于，所述电路板通过CAN总线与所述主板连接。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20211019 |