CN114427830A - 一种宽温度范围高精度伺服定位系统及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽温度范围高精度伺服定位系统及定位方法,涉及航空航天设备领域,包括:壳体,壳体的一端设置有伺服电机;涡轮和蜗杆,设置于壳体内部,蜗杆的一端与伺服电机连接,涡轮用于与负载连接,涡轮与蜗杆啮合传动,涡轮的一侧设置有至少一对沿涡轮轴线对称的磁钢;多个磁感应霍尔传感器,设置于壳体内部,磁感应霍尔传感器与磁钢相对设置;控制器,控制器与磁感应霍尔传感器连接,控制器能够记录伺服电机正转时伺服电机的第一角度信息和伺服电机反转时伺服电机的第二角度信息,并根据第一角度信息和第二角度信息计算伺服定位系统的初始零位;采集伺服电机的角度信息来计算初始零位,在宽温度范围内实现高精度定位。
Description
技术领域
本发明属于航空航天设备领域,更具体地,涉及一种宽温度范围高精度伺服定位系统及定位方法。
背景技术
当下随着工业领域、航空航天领域的快速发展,高精度定位伺服发展成为必然趋势,现在有多种定位方式,满足一定条件下实现高精度定位,但存在较多使用限制。
在航空航天部分领域,上机设备需满足在低温(-70℃)和高温(50℃)环境下高精度的定位需求,工业领域使用较多的编码器定位(光学编码等)理论定位精度可实现0.01°,使用环境不低于-40°,超过温度范围使用精度不能保证,若使用在航空航天领域等特殊场合,需采用保温措施、加热措施等方式,均需付出相应较大代价,如:质量增加,耗能增加等。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足,提供了一种宽温度范围高精度伺服定位系统及定位方法,该定位系统采用伺服电机带动蜗轮转动,通过磁感应霍尔传感器和磁钢对应设置,采集伺服电机的角度信息来计算初始零位,在宽温度范围内实现高精度定位。
为了实现上述目的,本发明提供一种宽温度范围高精度伺服定位系统,包括:
壳体,所述壳体的一端设置有伺服电机;
涡轮和蜗杆,设置于所述壳体内部,所述蜗杆的一端与所述伺服电机连接,所述涡轮用于与负载连接,所述涡轮与所述蜗杆啮合传动,所述涡轮的一侧设置有至少一对沿所述涡轮轴线对称的磁钢;
多个磁感应霍尔传感器,设置于所述壳体内部,所述磁感应霍尔传感器与所述磁钢一一对应;
控制器,所述控制器与所述磁感应霍尔传感器连接,所述控制器能够记录所述伺服电机正转时所述伺服电机的第一角度信息和所述伺服电机反转时所述伺服电机的第二角度信息,并根据所述第一角度信息和所述第二角度信息计算所述伺服定位系统的初始零位。
可选地,所述壳体呈b形,所述蜗杆设置于所述壳体的竖直部,所述涡轮设置于所述壳体的圆圈部。
可选地,所述壳体包括上机壳和下机壳,所述上机壳为板状结构,所述下机壳为槽状结构,所述上机壳与所述控制器连接,所述涡轮和所述蜗杆设置于所述槽状结构内。
可选地,所述伺服电机设置于所述下机壳的一端,所述伺服电机通过联轴器与所述蜗杆的一端连接,所述联轴器设置于所述槽状结构内。
可选地,所述蜗杆的另一端通过深沟球轴承连接于所述下机壳的另一端,所述涡轮的一侧通过圆锥滚子轴承与所述下机壳的槽底连接。
可选地,所述下机壳的槽底开设有连接孔,所述连接孔内穿设有连接杆,所述连接杆的一端与所述涡轮的轴心连接,所述连接杆的另一端用于与负载连接。
可选地,所述涡轮靠近所述下机壳的槽底的一侧沿径向方向均匀设置有多个安装槽,所述安装槽与所述磁钢连接,所述下机壳的槽底设置有两个传感器支架,两个所述传感器支架沿所述涡轮的径向方向设置于所述连接孔的两侧,多个所述传感器支架上均匀设置有所述磁感应霍尔传感器。
可选地,所述安装槽通过粘接或过盈配合与所述磁钢相连接,所述传感器支架通过螺钉与所述下机壳的槽底螺接。
本发明又提供了一种宽温度范围高精度伺服定位方法,利用上述的宽温度范围高精度伺服定位系统,该方法包括:
使伺服电机顺时针按第一设定速度转动,当磁感应霍尔传感器检测到磁钢信息输出反馈信号时,伺服电机停止转动,记录伺服电机的第一角度信息θ1;
使伺服电机逆时针按第二设定速度转动,当磁感应霍尔传感器检测到磁钢信息输出反馈信号时,伺服电机停止转动,记录伺服电机的第二角度信息θ2;
以伺服电机反方向(θ2-θ1)/2角度位置作为伺服定位系统的初始零位。
可选地,还包括在确定所述伺服定位系统的初始零位后,根据伺服电机自身旋变进行伺服电机角度检测,进而确定负载位置。
本发明提供了一种宽温度范围高精度伺服定位系统及定位方法,其有益效果在于:
1、该定位方法受环境影响小,当伺服电机顺时针和逆时针转动时,采集两次角度信息,磁感应霍尔传感器在磁钢正、反转检测均存在第一角度信息θ1和第二角度信息θ2,伺服系统标定的零位(θ2-θ1)/2角度位置不受环境影响;
2、该定位系统零位标定后,以伺服系统零位作为起始,结合伺服电机旋变进行电机的角度检测推算到负载端,满足伺服定位,该定位方法可在宽温度范围(-70℃~50℃)下使用,应用领域广,控制简单、方便;
3、该定位系统的磁感应霍尔传感器设置有多个,在涡轮上对称分布,冗余的目的是在高空作业时,其中出现传感器损坏时仍可继续工作;
4、该定位系统结构紧凑,结构尺寸主要由涡轮、伺服电机大小决定,可通过调节涡轮和蜗杆的传动机构传动比,满足不同负载输出转速需求;
5、该定位系统能够高精度实现伺服电机-180°~180°或0~360°等多种驱动方式。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本发明示例性实施方式中,相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种宽温度范围高精度伺服定位系统的外部结构示意图。
图2示出了图1的部分剖视图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的下机壳上连接部件的结构示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的下机壳和涡轮之间的结构示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的一种宽温度范围高精度伺服定位方法的零位标定示意图。
附图标记说明:
1、壳体;2、伺服电机;3、涡轮;4、蜗杆;5、磁钢;6、磁感应霍尔传感器;7、控制器;8、上机壳;9、下机壳;10、联轴器;11、深沟球轴承;12、圆锥滚子轴承;13、连接孔;14、传感器支架;15、第一角度信息θ1;16、第二角度信息θ2;17、初始零位。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整,并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种宽温度范围高精度伺服定位系统,包括:
壳体,壳体的一端设置有伺服电机;
涡轮和蜗杆,设置于壳体内部,蜗杆的一端与伺服电机连接,涡轮用于与负载连接,涡轮与蜗杆啮合传动,涡轮的一侧设置有至少一对沿涡轮轴线对称的磁钢;
多个磁感应霍尔传感器,设置于壳体内部,磁感应霍尔传感器与磁钢一一对应;
控制器,控制器与磁感应霍尔传感器连接,控制器能够记录伺服电机正转时伺服电机的第一角度信息和伺服电机反转时伺服电机的第二角度信息,并根据第一角度信息和第二角度信息计算伺服定位系统的初始零位。
具体的,该定位系统由伺服电机带动蜗杆转动,从而使磁感应霍尔传感器能够检测到涡轮上磁钢的转动角度,控制器将伺服电机正转和反转时角度信息进行记录,并根据两个角度信息来得到伺服定位系统的初始零位,该定位系统能够在宽温度范围下使用,受环境影响小。
可选地,壳体呈b形,蜗杆设置于壳体的竖直部,涡轮设置于壳体的圆圈部。
具体的,壳体呈b形,蜗杆和涡轮设置于壳体内,从而使该定位系统的结构紧凑,并且通过涡轮和蜗杆的尺寸能够调节传动比,满足不同负载输出转速需求。
可选地,壳体包括上机壳和下机壳,上机壳为板状结构,下机壳为槽状结构,上机壳与控制器连接,涡轮和蜗杆设置于槽状结构内。
具体的,壳体包括上下两部,涡轮和蜗杆设置于槽状结构内,保证传动结构的工作环境,使磁感应霍尔传感器检测磁钢的转动角度更加准确。
可选地,伺服电机设置于下机壳的一端,伺服电机通过联轴器与蜗杆的一端连接,联轴器设置于槽状结构内。
可选地,蜗杆的另一端通过深沟球轴承连接于下机壳的另一端,涡轮的一侧通过圆锥滚子轴承与下机壳的槽底连接。
具体的,伺服电机设置于下机壳的竖直部分的一端,并通过联轴器与蜗杆传动连接,蜗杆通过深沟球轴承与下机壳连接,涡轮通过圆锥滚子轴承与下机壳连接,保证蜗杆和涡轮的正常转动。
可选地,下机壳的槽底开设有连接孔,连接孔内穿设有连接杆,连接杆的一端与涡轮的轴心连接,连接杆的另一端用于与负载连接。
具体的,下机壳的槽底开设有连接孔,负载设置在下机壳的外部,涡轮通过连接杆与负载进行连接,进而完成负载驱动;负载为天线或雷达等负载载荷。
可选地,涡轮靠近下机壳的槽底的一侧沿径向方向均匀设置有多个安装槽,安装槽与磁钢连接,下机壳的槽底设置有两个传感器支架,两个传感器支架沿涡轮的径向方向设置于连接孔的两侧,多个传感器支架上均匀设置有磁感应霍尔传感器。
可选地,安装槽通过粘接或过盈配合与磁钢相连接,传感器支架通过螺钉与下机壳的槽底螺接。
具体的,涡轮上设置有多个安装槽,磁钢固定到安装槽中,传感器支架设置有传感器安装槽并与磁感应霍尔传感器安装,传感器安装槽正对磁钢安装槽,磁钢与磁感应霍尔传感器存有一定间隙,一般设置为1mm~5mm,保证磁感应霍尔传感器感应准确度。
本发明又提供了一种宽温度范围高精度伺服定位方法,利用上述的宽温度范围高精度伺服定位系统,该方法包括:
使伺服电机顺时针按第一设定速度转动,当磁感应霍尔传感器检测到磁钢信息输出反馈信号时,伺服电机停止转动,记录伺服电机的第一角度信息θ1;
使伺服电机逆时针按第二设定速度转动,当磁感应霍尔传感器检测到磁钢信息输出反馈信号时,伺服电机停止转动,记录伺服电机的第二角度信息θ2;
以伺服电机反方向(θ2-θ1)/2角度位置作为伺服定位系统的初始零位。
可选地,还包括在确定伺服定位系统的初始零位后,根据伺服电机自身旋变进行伺服电机角度检测,进而确定负载位置。
实施例
如图1至图5所示,本发明提供一种宽温度范围高精度伺服定位系统,包括:
壳体1,壳体1的一端设置有伺服电机2;
涡轮3和蜗杆4,设置于壳体1内部,蜗杆4的一端与伺服电机2连接,涡轮3用于与负载连接,涡轮3与蜗杆4啮合传动,涡轮3的一侧设置有至少一对沿涡轮轴线对称的磁钢5;
多个磁感应霍尔传感器6,设置于壳体1内部,磁感应霍尔传感器6与磁钢5一一对应;
控制器7,控制器7与磁感应霍尔传感器6连接,控制器7能够记录伺服电机2正转时伺服电机2的第一角度信息和伺服电机2反转时伺服电机2的第二角度信息,并根据第一角度信息和第二角度信息计算伺服定位系统的初始零位。
在本实施例中,壳体1呈b形,蜗杆4设置于壳体1的竖直部,涡轮3设置于壳体1的圆圈部。
在本实施例中,壳体1包括上机壳8和下机壳9,上机壳8为板状结构,下机壳9为槽状结构,上机壳8与控制器7连接,涡轮3和蜗杆4设置于槽状结构内。
在本实施例中,伺服电机2设置于下机壳1的一端,伺服电机2通过联轴器10与蜗杆4的一端连接,联轴器10设置于槽状结构内。
在本实施例中,蜗杆4的另一端通过深沟球轴承11连接于下机壳9的另一端,涡轮3的一侧通过圆锥滚子轴承12与下机壳9的槽底连接。
在本实施例中,下机壳9的槽底开设有连接孔13,连接孔13内穿设有连接杆,连接杆的一端与涡轮3的轴心连接,连接杆的另一端用于与负载连接。
在本实施例中,涡轮3靠近下机壳9的槽底的一侧沿径向方向均匀设置有多个安装槽,安装槽与磁钢5连接,下机壳9的槽底设置有两个传感器支架14,两个传感器支架14沿涡轮3的径向方向设置于连接孔13的两侧,多个传感器支架14上均匀设置有磁感应霍尔传感器6。
在本实施例中,安装槽通过粘接或过盈配合与磁钢5相连接,传感器支架14通过螺钉与下机壳9的槽底螺接。
本发明又提供了一种宽温度范围高精度伺服定位方法,利用上述的宽温度范围高精度伺服定位系统,该方法包括:
使伺服电机2顺时针按第一设定速度转动,当磁感应霍尔传感器6检测到磁钢5信息输出反馈信号时,伺服电机2停止转动,记录伺服电机2的第一角度信息θ115;
使伺服电机2逆时针按第二设定速度转动,当磁感应霍尔传感器6检测到磁钢5信息输出反馈信号时,伺服电机2停止转动,记录伺服电机2的第二角度信息θ216;
以伺服电机2反方向(θ2-θ1)/2角度位置作为伺服定位系统的初始零位17。
可选地,还包括在确定伺服定位系统的初始零位17后,根据伺服电机自身旋变进行伺服电机角度检测,进而确定负载位置。
综上,该定位方法是在该定位系统通电后,首先进行初始零位标定,使伺服电机2顺时针按第一设定速度转动,驱动蜗杆4带动涡轮3转动,磁感应霍尔传感器6检测到涡轮3上的磁钢5信息输出反馈信号,此时伺服电机2停车,控制器7记录第一伺服电机的角度信息θ115,待信息记录完毕,伺服电机2逆时针按第二设定速度转动,驱动蜗杆4带动涡轮3,磁感应霍尔传感器6检测到涡轮3上磁钢5信息输出的反馈信号,伺服电机2停车,控制器7记录第二伺服电机的角度信息θ216,该定位系统的初始零位为伺服电机反方向(θ2-θ1)/2角度位置;然后在伺服电机转动到初始零位后,根据伺服电机自身旋变进行电机角度检测,进而通过该定位系统来确定负载位置,不受环境影响,操作方法简便。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种宽温度范围高精度伺服定位系统,其特征在于,包括:
壳体,所述壳体的一端设置有伺服电机;
涡轮和蜗杆,设置于所述壳体内部,所述蜗杆的一端与所述伺服电机连接,所述涡轮用于与负载连接,所述涡轮与所述蜗杆啮合传动,所述涡轮的一侧设置有至少一对沿所述涡轮轴线对称的磁钢;
多个磁感应霍尔传感器,设置于所述壳体内部,所述磁感应霍尔传感器与所述磁钢一一对应;
控制器,所述控制器与所述磁感应霍尔传感器连接,所述控制器能够记录所述伺服电机正转时所述伺服电机的第一角度信息和所述伺服电机反转时所述伺服电机的第二角度信息,并根据所述第一角度信息和所述第二角度信息计算所述伺服定位系统的初始零位。
2.根据权利要求1所述的宽温度范围高精度伺服定位系统,其特征在于,所述壳体呈b形,所述蜗杆设置于所述壳体的竖直部,所述涡轮设置于所述壳体的圆圈部。
3.根据权利要求2所述的宽温度范围高精度伺服定位系统,其特征在于,所述壳体包括上机壳和下机壳,所述上机壳为板状结构,所述下机壳为槽状结构,所述上机壳与所述控制器连接,所述涡轮和所述蜗杆设置于所述槽状结构内。
4.根据权利要求3所述的宽温度范围高精度伺服定位系统,其特征在于,所述伺服电机设置于所述下机壳的一端,所述伺服电机通过联轴器与所述蜗杆的一端连接,所述联轴器设置于所述槽状结构内。
5.根据权利要求4所述的宽温度范围高精度伺服定位系统,其特征在于,所述蜗杆的另一端通过深沟球轴承连接于所述下机壳的另一端,所述涡轮的一侧通过圆锥滚子轴承与所述下机壳的槽底连接。
6.根据权利要求5所述的宽温度范围高精度伺服定位系统,其特征在于,所述下机壳的槽底开设有连接孔,所述连接孔内穿设有连接杆,所述连接杆的一端与所述涡轮的轴心连接,所述连接杆的另一端用于与负载连接。
7.根据权利要求6所述的宽温度范围高精度伺服定位系统,其特征在于,所述涡轮靠近所述下机壳的槽底的一侧沿径向方向均匀设置有多个安装槽,所述安装槽与所述磁钢连接,所述下机壳的槽底设置有两个传感器支架,两个所述传感器支架沿所述涡轮的径向方向设置于所述连接孔的两侧,多个所述传感器支架上均匀设置有所述磁感应霍尔传感器。
8.根据权利要求7所述的宽温度范围高精度伺服定位系统,其特征在于,所述安装槽通过粘接或过盈配合与所述磁钢相连接,所述传感器支架通过螺钉与所述下机壳的槽底螺接。
9.一种宽温度范围高精度伺服定位方法,利用根据权利要求1-8任一项所述的宽温度范围高精度伺服定位系统,其特征在于,该方法包括:
使伺服电机顺时针按第一设定速度转动,当磁感应霍尔传感器检测到磁钢信息输出反馈信号时,伺服电机停止转动,记录伺服电机的第一角度信息θ1;
使伺服电机逆时针按第二设定速度转动,当磁感应霍尔传感器检测到磁钢信息输出反馈信号时,伺服电机停止转动,记录伺服电机的第二角度信息θ2;
以伺服电机反方向(θ2-θ1)/2角度位置作为伺服定位系统的初始零位。
10.根据权利要求9所述的宽温度范围高精度伺服定位方法,其特征在于,还包括在确定所述伺服定位系统的初始零位后,根据伺服电机自身旋变进行伺服电机角度检测,进而确定负载位置。
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