CN115367402A - 驱动结构、传输装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种驱动结构、传输装置及控制方法,驱动结构包括安装件、移动件、驱动组件、制动组件和传感组件,移动件能够移动地设置在安装件上;驱动组件能够转动地设置在安装件上,并与移动件连接,驱动组件转动能够带动移动件在安装件上移动;制动组件设置在驱动组件上,制动组件能够阻止驱动组件转动,传感组件设置在驱动组件上,传感组件能够检测驱动组件的转动角度。制动组件能够在驱动组件失控时阻止驱动组件继续驱动移动件,保证驱动结构的安全性。传感组件能够检测到驱动组件的转动角度,结合驱动结构的控制方法,对移动件的移动实现更加精确的位移控制,保证驱动结构和传输装置的可靠性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及传输设备技术领域,特别是涉及驱动结构、传输装置及控制方法。
背景技术
直线电机实现高精度高响应直线运动定位目前基本两种方式,一种是用光栅尺传感器进行检测反馈实现,第二种是用磁栅尺传感器进行检测反馈实现。但目前光栅尺和磁栅尺的成本较高,制造工艺和安装工艺都较为严格。
发明内容
基于此,有必要针对上述问题,提供一种结构简单成本低的驱动结构、传输装置及控制方法。
一种驱动结构,包括安装件、移动件、驱动组件、制动组件和传感组件,所述移动件能够移动地设置在所述安装件上;所述驱动组件能够转动地设置在所述安装件上,并与所述移动件连接,所述驱动组件转动能够带动所述移动件在所述安装件上移动;所述制动组件设置在所述驱动组件上,所述制动组件能够阻止所述驱动组件转动,所述传感组件设置在所述驱动组件上,所述传感组件能够检测所述驱动组件的转动角度。
在一个实施例中,所述驱动组件包括第一驱动件和第二驱动件,所述第一驱动件和所述第二驱动件分别设置在所述安装件的两端部上,所述第一驱动件和所述第二驱动件均与所述移动件连接,且能够驱动所述移动件在所述安装件上移动,所述移动件位于所述第一驱动件和所述第二驱动件之间,所述移动件的移动方向为朝向所述第一驱动件或所述第二驱动件的方向,所述制动组件设置在所述第一驱动件上,所述传感组件设置在所述第二驱动件上。
在一个实施例中,所述驱动结构还包括传动件,所述传动件的两端部分别连接所述第一驱动件和所述第二驱动件,所述移动件连接在所述传动件上,所述第一驱动件和所述第二驱动件转动能够使所述传动件转动带动所述移动件移动。
在一个实施例中,所述制动组件包括制动主体件和配合件,所述传动件连接在所述第一驱动件的一侧端部上,所述制动主体件设置在所述第一驱动件与所述传动件相背的另一侧端部上,所述配合件安装在所述制动主体上,所述第一驱动件转动能够带动所述制动主体件和所述传动件同时转动,所述配合件能够通过所述制动主体件使所述第一驱动件停止转动。
在一个实施例中,所述配合件包括弹性部、电磁部和摩擦部,所述弹性部安装在所述制动主体件上,所述弹性部受力能够发生弹性形变,所述电磁部抵触在所述弹性部上,所述摩擦部能够抵触在所述电磁部上,以限制所述制动主体件转动。
在一个实施例中,所述传感组件包括传感件和安装件,所述传动件连接在所述第二驱动件的一侧端部上,所述安装件设置在所述第二驱动件与所述传动件相背的另一侧端部上,所述传感件安装在所述安装件上,所述第二驱动件转动能够带动所述安装件和所述传动件同时转动,所述传感件能够通过所述安装件转动检测所述第二驱动件的。
在一个实施例中,所述传动件包括控制板和码盘,所述控制板安装在所述安装件上,所述码盘安装在所述控制板上,所述安装件转动能够使所述控制板转动带动所述码盘转动,所述码盘能够检测转动角度。
在一个实施例中,所述安装件上设置有滑轨,所述移动件上设置有滑块,所述滑块和所述滑轨配合设置,所述滑块能够在所述滑轨上移动带动所述移动件移动。
一种传输装置,包括如上所述的驱动结构。
一种驱动结构的控制方法,包括:
测量所述第二驱动件的转动半径得到半径数值,测量磁极的长度得到长度数值,所述半径数值和所述长度数值的比值为转动比值;其中,所述第二驱动件内设置有所述磁极;
所述转动比值与转动系数的乘积得到所述第二驱动件的旋转角度;其中,所述转动系数为180/π;
获得所述码盘的分辨率数值,由所述转动角度和所述分辨率数值的乘积得到所述码盘的脉冲数;
所述长度数值和所述脉冲数的比值为所述码盘的位移分辨率。
上述驱动结构、传输装置及控制方法,移动件和驱动组件均设置在安装件上,制动组件和传感组件设置在驱动组件上。驱动组件驱动移动件在安装件上运行,制动组件能够在驱动组件失控时阻止驱动组件继续驱动移动件,避免移动件过度运动,继而保证驱动结构的安全性。同时在驱动组件运行时,传感组件能够检测到驱动组件的转动角度,结合驱动结构的控制方法,继而对移动件的移动实现更加精确的位移控制,保证驱动结构和传输装置的可靠性和稳定性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中的驱动结构的结构示意图;
图2为图1实施例中的制动组件和传感组件在驱动结构上的结构示意图。
图中各元件标记如下:
10、驱动结构;100、安装件;110、滑轨;200、移动件;210、滑块;300、驱动组件;310、第一驱动件;311、第一同步轮;320、第二驱动件;321、第二同步轮;400、制动组件;410、制动主体件;420、弹性部;430、电磁部;440、摩擦部;450、压板;460、轴套;500、传感组件;510、传感件;520、控制板;530、码盘;600、传动件。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
参阅图1和图2,一实施例中的传输装置,包括驱动结构10。传输装置可以为工业机器人、机床或其他需要移动的机械装置。驱动结构10包括安装件100、移动件200、驱动组件300、制动组件400和传感组件500,所述移动件200能够移动地设置在所述安装件100上;所述驱动组件300能够转动地设置在所述安装件100上,并与所述移动件200连接,所述驱动组件300转动能够带动所述移动件200在所述安装件100上移动;所述制动组件400设置在所述驱动组件300上,所述制动组件400能够阻止所述驱动组件300转动,所述传感组件500设置在所述驱动组件300上,所述传感组件500能够检测所述驱动组件300的转动角度。
移动件200和驱动组件300均设置在安装件100上,制动组件400和传感组件500设置在驱动组件300上。驱动组件300驱动移动件200在安装件100上运行,制动组件400能够在驱动组件300失控时阻止驱动组件300继续驱动移动件200,避免移动件200过度运动,继而保证驱动结构10的安全性。同时在驱动组件300运行时,传感组件500能够检测到驱动组件300的转动角度,结合驱动结构10的控制方法,继而对移动件200的移动实现更加精确的位移控制,保证驱动结构10和传输装置的可靠性和稳定性。
在一个实施例中,所述驱动组件300包括第一驱动件310和第二驱动件320,所述第一驱动件310和所述第二驱动件320分别设置在所述安装件100的两端部上,所述移动件200位于所述第一驱动件310和所述第二驱动件320之间。所述第一驱动件310和所述第二驱动件320均与所述移动件200连接,且能够驱动所述移动件200在所述安装件100上移动。所述移动件200的移动方向为朝向所述第一驱动件310或所述第二驱动件320的方向。所述制动组件400设置在所述第一驱动件310上,所述传感组件500设置在所述第二驱动件320上。
第一驱动件310和第二驱动件320间隔设置在安装件100的两端部上,移动件200位于第一驱动件310和第二驱动件320之间,第一驱动件310和第二驱动件320都能够驱动移动件200在第一驱动件310和第二驱动件320之间往复运动。进一步地,第一驱动件310和第二驱动件320协同驱动移动件200在安装件100上移动,当制动组件400阻止第一驱动件310继续驱动移动件200移动时,移动件200停止,而移动件200停止时第二驱动件320也无法继续驱动移动件200移动,或者第二驱动件320无法单独驱动移动件200继续移动,继而保证了驱动结构10的安全性和可靠性。第一驱动件310和第二驱动件320同步运行,使得传感组件500安装在第二驱动件320上,对第二驱动件320进行转动角度检测时,也能够将转动角度数据适用于第一驱动件310,避免了第一驱动件310和第二驱动件320之间存在转动误差或转动角度不齐导致移动件200位移不准,通过传感组件500计算第二驱动件320的转动角度进一步保证驱动结构10的位移控制更加精确,提高驱动结构10和传输装置的实用性和稳定性。
需要说明的是制动组件400还可以设置在第二驱动件320上,对应地,传感组件500设置在第一驱动件310上。在其他实施例中,驱动组件300仅包括第一驱动件310,传感组件500和制动组件400均设置在第一驱动件310上,第一驱动件310可以驱动移动件200沿朝向或远离所述第一驱动件310的方向移动。
在另一个实施例中,所述驱动组件300还包括第三驱动件,或者其他驱动件。驱动件的数量为三个或者更多。不仅限于本申请的第一驱动件310和第二驱动件320,可以根据实际传输装置的工况需要对驱动件的具体数量进行增减。
在一个实施例中,所述传感组件500的数量为两个。两个所述传感组件500分别设置在所述第一驱动件310和所述第二驱动件320上。两个传感组件500能够进一步精确地检测到第一驱动件310和第二驱动件320的转动角度数据,通过对两个转动角度数据的分析和对比,进一步判断移动件200的位移信息,保证移动件200能够稳定精准地进行移动。进一步提高驱动结构10和传输装置移动的精确性,以及可靠性和稳定性。
在一个实施例中,所述制动组件400的数量为两个,两个所述制动组件400分别设置在所述第一驱动件310和所述第二驱动件320上。两个所述制动组件400能够保证对第一驱动件310和第二驱动件320进行有效的制动响应。进一步提高驱动结构10的安全性。两个所述制动组件400电性连接,保证在第一驱动件310或第二驱动件320失控时能够同时对第一驱动件310和第二驱动件320同时进行制动,保证驱动结构10的可靠性。
在另一实施例中,所述传感组件500的数量对应驱动件的数量设置。所述制动组件400的数量对应驱动件的数量设置。进一步提高驱动结构10和传输装置的精确度和安全性。
在一个实施例中,所述驱动结构10还包括传动件600,所述传动件600的两端部分别连接所述第一驱动件310和所述第二驱动件320,所述移动件200连接在所述传动件600上,所述第一驱动件310和所述第二驱动件320转动能够使所述传动件600转动带动所述移动件200移动。移动件200连接在传动件600上且位于传动件600的中部,使得移动件200位于第一驱动件310和第二驱动件320之间。通过传动件600传动保证移动件200移动,提高第一驱动件310和第二驱动件320的驱动效率。具体地,所述传动件600为同步带。所述第一驱动件310上设置有第一同步轮311,所述第二驱动件320上设置有第二同步轮321,所述同步带的两端分别套设在第一同步轮311和第二同步轮321上。进一步地,所述同步带上设置有传动齿,所述第一同步轮311和所述第二同步轮321上均开设有齿槽,所述传动齿和所述齿槽配合。
在一个实施例中,所述制动组件400包括制动主体件410和配合件,所述传动件600连接在所述第一驱动件310的一侧端部上,所述制动主体件410设置在所述第一驱动件310与所述传动件600相背的另一侧端部上,所述配合件安装在所述制动主体上,所述第一驱动件310转动能够带动所述制动主体件410和所述传动件600同时转动,所述配合件能够通过所述制动主体件410使所述第一驱动件310停止转动。在一个实施例中,所述配合件包括弹性部420、电磁部430和摩擦部440,所述弹性部420安装在所述制动主体件410上,所述弹性部420受力能够发生弹性形变,所述电磁部430抵触在所述弹性部420上,所述摩擦部440能够抵触在所述电磁部430上,以限制所述制动主体件410转动。具体地,制动组件400为失电刹车组件。弹性部420为强力弹簧,电磁部430为电磁线圈,摩擦部440为摩擦片。失电刹车组件还包括压板450和轴套460,保证结构的稳定性。失电刹车组件能够在所述驱动组件300失去电力控制时起到刹车制动的作用。防止意外伤人和撞机损坏工件等事件。进一步避免了驱动结构10在设定的位置做工时无锁止功能,使得驱动结构10在任意位置可以非常稳定的锁止定点工作,不受外力影响导致位移现象。进一步提高传输装置的可靠性和稳定性。
在一个实施例中,所述传感组件500包括传感件510和安装件100,所述传动件600连接在所述第二驱动件320的一侧端部上,所述安装件100设置在所述第二驱动件320与所述传动件600相背的另一侧端部上,所述传感件510安装在所述安装件100上,所述第二驱动件320转动能够带动所述安装件100和所述传动件600同时转动,所述传感件510能够通过所述安装件100转动检测所述第二驱动件320的。
在一个实施例中,所述传感件510为角度传感器。所述角度传感器为高精度角度传感器,能够通过软件算法细分转换得出精准位移控制,精度可以达到0.001mm~0.002mm。
在一个实施例中,所述传动件600包括控制板520和码盘530,所述控制板520安装在所述安装件100上,所述码盘530安装在所述控制板520上,所述安装件100转动能够使所述控制板520转动带动所述码盘530转动,所述码盘530能够检测转动角度。
在一个实施例中,所述安装件100上设置有滑轨110,所述移动件200上设置有滑块210,所述滑块210和所述滑轨110配合设置,所述滑块210能够在所述滑轨110上移动带动所述移动件200移动。滑轨110能够进一步保证移动件200的移动稳定性和可靠性。
一种驱动结构10的控制方法,包括:
测量所述第二驱动件320的转动半径得到半径数值,测量磁极的长度得到长度数值,所述半径数值和所述长度数值的比值为转动比值;其中,所述第二驱动件320内设置有所述磁极;
所述转动比值与转动系数的乘积得到所述第二驱动件320的旋转角度;其中,所述转动系数为180/π;
获得所述码盘530的分辨率数值,由所述转动角度和所述分辨率数值的乘积得到所述码盘530的脉冲数;
所述长度数值和所述脉冲数的比值为所述码盘530的位移分辨率。
具体地在本实施例中,第二驱动件320的磁极的长度L=27mm,第二驱动件320的转动半径即为同步轮的半径,同步轮半径为r=13mm,码盘530为23位编码器,码盘530的分辨率数值为223=8388608。旋转磁极距离对应的码盘530脉冲数e为e=n/360×8388606,其中n=360L/(2πr)=118.998928,e=2772876。即是码盘530一个数值对应的位移分辨率是:L/e=27/2772876=0.00973um。位移分辨率和码盘脉冲数均可以作为位移量的标准。
在一个实施例中,所述驱动结构10包括控制件,所述驱动组件300、所述制动组件400和所述传感组件500均电性连接于所述控制件,所述控制件能够接收并分析所述传感组件500的转动角度信息,并对所述驱动组件300进行相应的控制,进而控制移动件200在安装件100上的移动。
目前,直线电机实现高精度高响应直线运动定位目前基本两种方式,一种是用光栅尺传感器进行检测反馈实现,第二种是用磁栅尺传感器进行检测反馈实现。但光栅尺的成本非常高、制造工艺要求非常严格、抗环境能力相对较差、安装面平整度平行度要求高,且结构大多裸露在外比较容易损坏、需要单独匹配刻度读头传感器、传感器随着直线高速位移运动安装钢性及可靠性要求非常高、传感器高频率往复运动型号线容易损坏、控制自锁性能差以及断电垂直轴会掉落。
同时磁栅尺也存在成本相对比较高、安装面平整度平行度要求高、大多裸露在外比较容易损坏、需要单独匹配刻度读头传感器、传感器随着直线高速位移运动安装钢性及可靠性要求非常高、传感器高频率往复运动型号线容易损坏、控制自锁性能差、断电垂直轴会掉落的缺点,同时磁栅传感器抗干扰性能略差和抗环境能力相对较差(磁栅尺带磁性容易吸附分成金属颗粒等磁导率高物质)。
而在本实施例中,所述安装件100为电机定子。所述移动件200为电机动子。在电机定子两端分别设置制动组件400和角度传感器。通过高精度带同步带链接第一同步轮311和第二同步轮321控制电机动子进行位移传递,通过控制件的软件算法细分转换得出精准位移控制,由于同步轮的轮径和角度传感器的精度等级不同,精度可以进一步达到0.001mm~0.002mm。同时电机动子连接在同步带上,电子动子和同步带之间相互限位。电机动子在同步带上进行精准直线位移时,同步带能够传递给角度传感器进行精准反馈给控制件进行闭环判定速度、精度等信息,以及电机动子定位是否准确。本实施例中的驱动结构10设计高速可实现4M/s,高响应速度10ms内。同时制动组件400为失电刹车组件,刹车响应速度可达到20ms内。进一步使得驱动结构10具有了失电刹车功能,防止在突然断电等突发情况中发生意外伤人或撞机损坏工件等情况。同时避免了驱动结构10在设定的位置做工时无锁止功能,使得驱动结构10在任意位置可以非常稳定的锁止定点工作,不受外力影响导致位移现象。进一步拓宽了驱动结构10的应用场景。
需要说明的是本实施例中的结构方案和控制方法不仅局限于直线电机,也可以用于其他驱动结构10或其他场景。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接抵触,或第一和第二特征通过中间媒介间接抵触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种驱动结构,其特征在于,所述驱动结构包括:
安装件;
移动件,所述移动件能够移动地设置在所述安装件上;
驱动组件,所述驱动组件能够转动地设置在所述安装件上,并与所述移动件连接,所述驱动组件转动能够带动所述移动件在所述安装件上移动;
制动组件,所述制动组件设置在所述驱动组件上,所述制动组件能够阻止所述驱动组件转动;
传感组件,所述传感组件设置在所述驱动组件上,所述传感组件能够检测所述驱动组件的转动角度。
2.根据权利要求1所述的驱动结构,其特征在于,所述驱动组件包括第一驱动件和第二驱动件,所述第一驱动件和所述第二驱动件分别设置在所述安装件的两端部上,所述第一驱动件和所述第二驱动件均与所述移动件连接,且能够驱动所述移动件在所述安装件上移动,所述移动件位于所述第一驱动件和所述第二驱动件之间,所述移动件的移动方向为朝向所述第一驱动件或所述第二驱动件的方向,所述制动组件设置在所述第一驱动件上,所述传感组件设置在所述第二驱动件上。
3.根据权利要求1所述的驱动结构,其特征在于,所述驱动结构还包括传动件,所述传动件的两端部分别连接所述第一驱动件和所述第二驱动件,所述移动件连接在所述传动件上,所述第一驱动件和所述第二驱动件转动能够使所述传动件转动带动所述移动件移动。
4.根据权利要求1所述的驱动结构,其特征在于,所述制动组件包括制动主体件和配合件,所述传动件连接在所述第一驱动件的一侧端部上,所述制动主体件设置在所述第一驱动件与所述传动件相背的另一侧端部上,所述配合件安装在所述制动主体上,所述第一驱动件转动能够带动所述制动主体件和所述传动件同时转动,所述配合件能够通过所述制动主体件使所述第一驱动件停止转动。
5.根据权利要求1所述的驱动结构,其特征在于,所述配合件包括弹性部、电磁部和摩擦部,所述弹性部安装在所述制动主体件上,所述弹性部受力能够发生弹性形变,所述电磁部抵触在所述弹性部上,所述摩擦部能够抵触在所述电磁部上,以限制所述制动主体件转动。
6.根据权利要求1所述的驱动结构,其特征在于,所述传感组件包括传感件和安装件,所述传动件连接在所述第二驱动件的一侧端部上,所述安装件设置在所述第二驱动件与所述传动件相背的另一侧端部上,所述传感件安装在所述安装件上,所述第二驱动件转动能够带动所述安装件和所述传动件同时转动,所述传感件能够通过所述安装件转动检测所述第二驱动件的。
7.根据权利要求1所述的驱动结构,其特征在于,所述传动件包括控制板和码盘,所述控制板安装在所述安装件上,所述码盘安装在所述控制板上,所述安装件转动能够使所述控制板转动带动所述码盘转动,所述码盘能够检测转动角度。
8.根据权利要求1所述的驱动结构,其特征在于,所述安装件上设置有滑轨,所述移动件上设置有滑块,所述滑块和所述滑轨配合设置,所述滑块能够在所述滑轨上移动带动所述移动件移动。
9.一种传输装置,其特征在于,所述传输装置包括如权利要求1-8任一项所述的驱动结构。
10.一种驱动结构的控制方法,其特征在于,所述控制方法包括:
测量所述第二驱动件的转动半径得到半径数值,测量磁极的长度得到长度数值,所述半径数值和所述长度数值的比值为转动比值;其中,所述第二驱动件内设置有所述磁极;
所述转动比值与转动系数的乘积得到所述第二驱动件的旋转角度;其中,所述转动系数为180/π;
获得所述码盘的分辨率数值,由所述转动角度和所述分辨率数值的乘积得到所述码盘的脉冲数;
所述长度数值和所述脉冲数的比值为所述码盘的位移分辨率。
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