丢步检测装置
技术领域
本实用新型涉及步进电机技术领域,尤其涉及一种丢步检测装置。
背景技术
步进电机在工业领域有着非常广泛的应用,其用于将电脉冲信号转换为角位移。
正常情况下,给步进电机一个电脉冲信号,步进电机的转子转过一个对应的步距角。但由于各种原因,存在电脉冲信号发出后步进电机的转子并没有转过相应步距角的情况,这称为步进电机丢步(或称失步)。针对步进电机的丢步现象,目前已经存在步进电机的闭环控制技术,通过步进电机配合正交编码器等特定传感器,可以准确监控步进电机的运行情况,彻底杜绝丢步现象。
然而,步进电机的闭环控制在成本、技术难度等方面都远高于开环控制。手套机上需要大量步进电机带动不同的机械部件运动,所有的步进电机都采用闭环控制是不现实的。手套机上的一些步进电机,不进行严格的闭环控制,但需要知道步进电机在运行过程中是否存在丢步。
实用新型内容
本实用新型提供一种丢步检测装置,以解决不进行闭环控制的前提下能够获知步进电机是否存在丢步的技术问题。
本实用新型提供一种丢步检测装置,包括:传感器以及驱动装置;
驱动装置的输入端与传感器的输出端连接,驱动装置的输出端用于与步进电机的控制端连接,传感器位于步进电机的转轴端;
传感器检测步进电机的转轴的转动位置并生成位置信号序列,驱动装置生成电脉冲信号序列,并根据位置信号序列和电脉冲信号序列确定步进电机是否出现失步,其中,电脉冲信号序列中电脉冲信号驱动步进电机转动。
在本实用新型提供的一种丢步检测装置中,装置包括传感器以及驱动装置,其中,驱动装置的输入端与传感器的输出端连接,驱动装置的输出端用于与步进电机的控制端连接,传感器位于步进电机的转轴端,驱动装置通过输出端发送电脉冲信号,以驱动步进电机运动,驱动装置也统计已经发送的电脉冲信号的第一数量。当步进电机运动时,传感器根据步进电机的转动位置生成位置信号序列,统计位置信号序列中位置信号的第二数量,并将位置信号的第二数量发送至驱动装置。驱动装置在接收到电脉冲信号的第一数量和位置信号的第二数量后,根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象。本实用新型中通过传感器和驱动装置分别获得电脉冲信号的第一数量和位置信号的第二数量,并根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象,无需进行闭环控制即可实现丢步现象判断,降低了检测装置的成本。
可选地,驱动装置包括:驱动器和控制器;
控制器的第一输入端与驱动器的第一输出端连接,控制器的第二输入端与传感器的输出端连接;驱动器的第二输出端用于与步进电机的控制端连接;
驱动器生成电脉冲信号序列,控制器根据位置信号序列和电脉冲信号序列确定步进电机是否出现失步。
在本实用新型提供的一种丢步检测装置中,驱动装置包括驱动器和控制器,其中,驱动器生成电脉冲信号序列以驱动步进电机,控制器根据位置信号序列和电脉冲信号序列确定步进电机是否出现失步。将驱动步进电机的功能和判断是否出现失步现象的功能分开,便于对驱动装置维护。
可选地,传感器为零位传感器或者非正交编码器。
在本实用新型提供的一种丢步检测装置中,传感器为零位传感器,零位传感器对应一个预先设定的零位置,当步进电机的转子转过零位置时发出位置信号,通过判断是否接收到位置信号,以及获取位置信号时驱动装置发送的电脉冲信号的第一数量,以判定步进电机是否存在丢步现象,本实用新型要求保护的方案,无需进行闭环控制即可实现丢步现象检测,降低了丢步检测成本。
可选地,非正交编码器为码盘。
在本实用新型提供的一种丢步检测装置中,非正交编码器为码盘,由码盘直接统计位置信号序列中位置信号的第二数量,再根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象,本实用新型要求保护的方案,无需进行闭环控制即可实现丢步现象检测降低了检测装置的成本。
可选地,当确定电机存在丢步现象时,驱动装置停止向步进电机发送电脉冲驱动信号。
在本实用新型提供的一种丢步检测装置中,对被驱动部件设有保护环节,当确定电机存在丢步现象时,停止向步进电机发射电脉冲信号,使电机所驱动部件停止工作,以保护被驱动部件。
可选地,所述驱动装置包括:数字信号处理芯片。
在本实用新型提供的一种丢步检测装置中,驱动装置具体通过数字信号处理芯片和数字信号处理芯片的相关电路实现,降低检测装置成本。
可选地,驱动装置包括:第一数字信号处理芯片和第二数字信号处理芯片;
其中,第一数字信号处理芯片生成电脉冲信号序列;第二数字信号处理芯片根据位置信号序列和电脉冲信号序列确定步进电机是否出现失步。
在本实用新型提供的一种丢步检测装置中,驱动装置包括:第一数字信号处理芯片和第二数字信号处理芯片,将驱动步进电机的功能和判断是否出现失步现象的功能分开,便于对驱动装置维护。
可选地,驱动装置具体用于:
当获得所述位置信号时,判断所述电脉冲信号的第一数量是否在预设范围内,若判断结果为是,则所述步进电机存在丢步现象。
在本实用新型提供的一种丢步检测装置中,传感器为零位传感器,当步进电机的转子转过零位置时发出位置信号,当获得位置信号时,若步进电机未出现丢步,步进电机接收到的电脉冲信号的第二数量为预设数量,其中,预设数量为使步进电机转动一圈所需数量,设置允许出现的误差值,当电脉冲信号的第二数量在预设数量和允许出现的误差值所构成范围内时,则步进电机不存在丢步现象,电脉冲信号的第一数量在预设范围内,步进电机存在丢步现象。
可选地,驱动装置具体用于:
根据电脉冲信号的第一数量以及预先设置在驱动装置内的第一单位角度获得步进电机的理论位置;
根据位置信号的第二数量以及预先设置在驱动装置内的第二单位角度获得步进电机的实际位置;
判断理论位置和实际位置之间的差值是否在预设阈值内,若判断结果为否,则步进电机存在丢步现象。
在本实用新型提供的一种丢步检测装置中,在驱动装置内设置有第一单位角度和第二单位角度,其中,第一单位角度表示一个电脉冲信号对应的步进电机转动角度,第二单位角度表示一个位置信号对应的步进电机转动角度,根据第一数量以及第一单位角度获得步进电机的理论位置,根据第二数量以及第二单位角度获得步进电机的实际位置,通过判断理论位置和实际位置之间的差值是否在预设阈值内,判断是否存在丢步现象,本实用新型要求保护的方案,无需采用闭环控制就能检测出步进电机的失步现象。
可选地,第一预设阈值小于第二预设阈值;其中,第一预设阈值为与剪刀杆连接的步进电机对应的预设阈值;第二预设阈值为与叉刀杆或凸轮连接的步进电机对应的预设阈值。
在本实用新型提供的一种丢步检测装置中,手套机中剪刀杆运行的精确性要求要高于手套机中叉刀杆和凸轮运行的精确度要求,因此,与剪刀杆连接的步进电机设定的预设阈值要小于与叉刀杆或凸轮连接的步进电机设定的第二预设阈值。
本实用新型提供了一种丢步检测装置,在丢步检测装置中,装置包括传感器以及驱动装置,驱动装置通过输出端向步进电机发送电脉冲信号,电脉冲信号用于驱动步进电机运动,驱动装置也统计已经发送的电脉冲信号的第一数量。当步进电机运动时,传感器检测到步进电机转动,相应地生成位置信号序列,统计位置信号序列中位置信号的第二数量,并将位置信号的第二数量发送至驱动装置。驱动装置在接收到电脉冲信号的第一数量和位置信号的第二数量后,根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象。本实用新型中通过传感器和驱动装置分别获得电脉冲信号的第一数量和位置信号的第二数量,并根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象,无需采用闭环控制即可实现对丢步现象检测,降低了检测装置的成本。本实用新型提供的丢步检测装置应用于手套机领域时,即可以实现对步进电机的丢步检测,也能够显著降低检测成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型根据一示例性实施例示出的丢步检测装置的结构示意图;
图2为本实用新型根据另一示例性实施例示出的丢步检测装置的结构示意图;
图3为本实用新型根据再一示例性实施例示出的丢步检测装置的结构示意图;
图4为本实用新型根据又一示例性实施例示出的丢步检测装置的结构示意图;
图5为本实用新型根据再又一示例性实施例示出的丢步检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供一种丢步检测装置,以解决不进行闭环控制的前提下能够获知步进电机是否存在丢步的技术问题。
图1为本实用新型根据一示例性实施例示出的丢步检测装置的结构示意图。如图1所示,本实施例提供的丢步检测装置100,包括:传感器101和驱动装置 102。
在上述丢步检测装置100中,驱动装置102的输入端与传感器101的输出端连接,驱动装置102的输出端用于与步进电机的控制端连接,传感器101位于步进电机的转轴端。
在上述丢步检测装置100中,传感器101检测步进电机的转轴的转动位置并生成位置信号序列,驱动装置102生成电脉冲信号序列,其中,电脉冲信号序列中电脉冲信号驱动步进电机转动,驱动装置102根据位置信号序列和电脉冲信号序列确定步进电机是否出现失步。
当上述丢步检测装置100工作时,驱动装置102生成电脉冲信号序列,电脉冲信号序列中电脉冲信号驱动步进电机转动,当传感器101检测到步进电机运动时,生成位置信号序列,驱动装置102统计已发送的电脉冲信号的第一数量和位置信号序列中位置信号的第二数量,并根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象。
在本实施例中,驱动装置有两种具体实施方式,第一种具体实施方式为:驱动装置包括数字信号处理芯片和数字信号处理芯片的相关电路,数字信号处理芯片即生成电脉冲信号序列,以驱动步进电机,也统计电脉冲信号序列中电脉冲信号的第一数量以及位置信号序列中位置信号的第二数量,以根据电脉冲信号的第一数量和位置信号的第二数量判断步进电机是否发生丢步现象,即驱动装置采用一体式结构。
第二种具体实施方式为:驱动装置包括第一数字信号处理芯片、第二数字信号处理芯片以及数字信号处理芯片的相关电路,其中,第一数字信号处理芯片生成电脉冲信号序列;第二数字信号处理芯片根据位置信号序列和电脉冲信号序列确定步进电机是否出现失步,即驱动装置采用分布式结构,将驱动步进电机的功能和判断是否出现失步现象的功能分开,便于对驱动装置维护。
在本实施例提供的丢步检测装置中,通过传感器和驱动装置获得电脉冲信号序列和位置信号序列,驱动器统计电脉冲信号序列中电脉冲序列的第一数量,控制器统计位置信号序列中位置信号的第二数量,控制器根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象,无需使用闭环控制即可进行丢步现象判断,降低了检测装置的成本。
图2为本实用新型根据另一示例性实施例示出的丢步检测装置的结构示意图。如图2所示,本实施例提供的丢步检测装置200,包括:传感器201以及驱动装置204;其中,驱动装置204包括:驱动器202以及控制器203。
在上述丢步检测装置200中,控制器203的第一输入端与驱动器202的第一输出端连接,控制器203的第二输入端与传感器201的输出端连接,驱动器 202的第二输出端用于与步进电机的控制端连接,传感器201安装在步进电机的转轴附近。
在上述丢步检测装置200中,驱动器202用于统计已发送的电脉冲信号的第一数量,其中,电脉冲信号用于驱动步进电机转动;传感器201根据步进电机的转动位置生成位置信号序列;控制器203用于根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象。
当上述丢步检测装置200工作时,驱动器202通过其第二输出端发送电脉冲信号,以驱动步进电机运动,驱动器202也统计通过第二输出端发送的电脉冲信号,并将统计后的电脉冲信号的第一数量发送至控制器203。当步进电机运动时,传感器101根据步进电机的转动位置生成位置信号序列。控制器203统计位置信号序列中位置信号的第二数量,控制器203在获得电脉冲信号的第一数量和位置信号的第二数量后,根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象。
在本实施例提供的丢步检测装置中,驱动装置包括驱动器和控制器,其中,驱动器生成电脉冲信号序列以驱动步进电机,控制器根据位置信号序列和电脉冲信号序列确定步进电机是否出现失步。将驱动步进电机的功能和判断是否出现失步现象的功能分开,便于对驱动装置维护。
图3为本实用新型根据再一示例性实施例示出的丢步检测装置的结构示意图。如图3所示,本实施例提供的丢步检测装置300,包括:零位传感器301以及驱动装置,其中,驱动装置304包括驱动器302以及控制器303。
在上述丢步检测装置300中,控制器303的第一输入端与驱动器302的第一输出端连接,控制器303的第二输入端与零位传感器301的输出端连接,驱动器302的第二输出端用于与步进电机的控制端连接,零位传感器301安装在步进电机的转轴附近。
在上述丢步检测装置300中,驱动器302用于统计已发送的电脉冲信号的第一数量,其中,电脉冲信号用于驱动步进电机转动;零位传感器301对应一个预先设定的零位置,当步进电机的转子转过零位置时发出位置信号,将位置信号序列发送至控制器303,控制器303及时统计位置信号序列中位置信号的第二数量,根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象。
当上述丢步检测装置300工作时,驱动器302生成电脉冲信号,并通过第二输出端发送电脉冲信号至步进电机的控制端,步进电机在接收到电脉冲信号后,在电脉冲信号的驱动下运动,驱动器302也统计通过第二输出端发送的电脉冲信号,并将统计后的电脉冲信号的第一数量发送至控制器303。当获得位置信号时,控制器303判断第一数量是否在预设范围内,若判断结果为是,则步进电机存在丢步现象。
当步进电机运动至零位时,零位传感器发送一个位置信号。利用零位传感器检测步进电机的实际位置时,理论上从零位传感器发送的一个位置信号到零位传感器发送的下一个位置信号之间恰好对应驱动步进电机的转子转动一圈所需的电脉冲信号的第一数量,记为第一数量的理论值。从零位传感器检测到位置信号至检测到下一个位置信号,可以设置一个第一数量的理论值的误差区间±Δ,以第一数量的理论值作为零点。通常+Δ和-Δ的数值相同,如果确有必要可以也可以设置为不同。如果电脉冲信号的第一数量还未达到第一数量的理论值-Δ,就收到零位传感器发送的下一个位置信号;或者电脉冲信号的第一数量超过第一数量的理论值+Δ后,仍未收到零位传感器发送的下一个位置信号,则表明步进电机存在丢步。
例如,对于4细分模式,800个电脉冲信号驱动步进电机的转子转动一圈,并设置±Δ为±50,可以得知预设范围为50-750,则电脉冲信号的第一数量在 750-800或者0-50范围内收到零位传感器发送的位置信号表明步进电机未丢步,而在50-750范围内收到零位传感器发送的位置信号表明步进电机存在丢步。
在实施例提供的丢步检测装置中,传感器为零位传感器,当步进电机的转子转过零位置时发出位置信号,当获得位置信号时,若步进电机未出现丢步,步进电机接收到的电脉冲信号的第一数量为预设数量,其中,预设数量为使步进电机转动一圈所需数量,设置允许出现的误差值,当电脉冲信号的第一数量在预设数量和允许出现的误差值所构成范围内时,则步进电机不存在丢步现象,电脉冲信号的第一数量在预设范围内,步进电机存在丢步现象。
图4为本实用新型根据又一示例性实施例示出的丢步检测装置的结构示意图。如图4所示,本实施例提供的丢步检测装置400,包括:非正交编码器401 以及驱动装置404,其中,驱动装置404包括驱动器402以及控制器403。
在上述丢步检测装置400中,非正交编码器401的输出端与控制器403的第二输入端连接,控制器403的第一输入端与驱动器402的第一输出端连接,驱动器402的第二输出端用于与步进电机的控制端连接。
在上述丢步检测装置400中,非正交编码器401用于检测步进电机转动,生成位置信号序列。驱动器用于生成电脉冲信号序列,统计电脉冲信号中电脉冲信号的第一数量。控制器用于统计位置信号序列中位置信号的第二数量,在获得第一数量和第二数量之后,根据第一数量和第二数量判断步进电机是否存在丢步现象。
当上述丢步检测装置400工作时,驱动器402输出电脉冲信号序列,以使步进电机旋转。步进电机旋转,使非正交编码器401产生位置信号序列,并向控制器403发送位置信号序列,驱动器402也统计电脉冲信号序列中电脉冲信号的第一数量,并向控制器403输出第一数量,控制器403统计位置信号序列中位置信号的第二数量,并根据第一数量和第二数量判断步进电机是否出现失步现象。
在本实施例提供的丢步检测装置中,通过非正交编码器和驱动器获得电脉冲信号序列和位置信号序列,驱动器统计电脉冲信号序列中电脉冲序列的第一数量,控制器通知位置信号序列中位置信号的第二数量,控制器根据第一数量和第二数量确定步进电机是否存在丢步现象,本实施例提供的方案无需采用闭环控制即可进行丢步现象判断,降低了检测装置的成本。
图5为本实用新型根据再又一示例性实施例示出的丢步检测装置的结构示意图。如图5所示,本实施例提供的丢步检测装置500包括:码盘501以及驱动装置504,其中,驱动装置504包括驱动器502以及控制器503。
在上述丢步检测装置500中,码盘501位于步进电机的转动轴附近,码盘 501的输出端与控制器503的第二输入端连接,控制器503的第一输入端与驱动器502的第一输出端连接,驱动器502的第二输出端用于与步进电机的控制端连接,以驱动步进电机。
在上述丢步检测装置500中,步进电机的转子转动一圈发出设定个数的码盘脉冲,码盘501位于步进电机的转动轴附近,以检测步进电机的转动轴转动位置,根据步进电机的转动轴转动位置生成位置信号序列,并发送位置信号序列至控制器503。驱动器502向步进电机发送电脉冲信号序列,电脉冲信号序列用于驱动步进电机,驱动器502同时统计电脉冲信号序列中电脉冲信号的第一数量。控制器503统计位置信号序列中位置信号的第二数量,并根据第一数量以及预先设置在控制器内的第一单位角度获得步进电机的理论位置;根据第二数量以及预先设置在控制器内的第二单位角度获得步进电机的实际位置;判断理论位置和实际位置之间的差值是否在预设阈值内,若判断结果为否,则步进电机存在丢步现象。
当丢步检测装置500工作时,驱动器502生成电脉冲信号序列,并统计已发送的电脉冲信号序列中电脉冲信号的第一数量,通过第二输出端向步进电机的控制端发送电脉冲信号序列,步进电机在收到电脉冲信号序列后,在电脉冲信号的驱动下转动。当步进电机转动时,码盘501检测到电机转动后产生位置信号序列。
在控制器503中预先设置有第一单位角度和第二单位角度,其中,第一单位角度表示一个电脉冲信号驱动步进电机转动角度,第二单位角度表示一个位置信号对应步进电机转动角度。控制器503统计位置信号序列中位置信号的第二数量,根据第一数量以及预先设置在控制器内的第一单位角度获得步进电机的理论位置,根据第二数量以及预先设置在控制器内的第二单位角度获得步进电机的实际位置。通过比较理论位置和实际位置之间的差值是否在预设阈值内,若二者差值在预设阈值内,则表示理论位置和实际位置相差不大,则判定步进电机并未出现失步现象。若二者差值超过预设阈值,则理论位置和实际位置相差甚大,提示电脉冲信号发出后步进电机的转子并没有转过相应步距角,电动机出现失步现象。
例如:传感器为50线码盘,步进电机的转子转动一圈发出50个码盘脉冲。对于4细分模式,800个电脉冲信号驱动步进电机的转子转动一圈。则每一个电脉冲信号对应的理论转动角度为360°/800=0.45°。每个码盘脉冲对应的实际转动角度为360°/50=7.2°,预设阈值为3°。
控制器接收由驱动器发送第一数量,并统计位置信号序列中位置信号的第二数量。例如,第一数量为780,第二数量为48。则可以计算出步进电机的理论位置为0.45°×780=351°;步进电机的实际位置为7.2°×48=345.6°。步进电机的理论位置与实际位置的差值为351°-345.6°=5.4°。步进电机的理论位置与实际位置的差值大于预设阈值5.4°>3°,提示电脉冲信号发出后步进电机的转子并没有转过相应步距角,电动机出现失步现象。
在本实施例中,预设阈值根据步进电机所驱动部件的运行精度确定。手套机上的步进电机通常带动叉刀杆、剪刀杆、凸轮等机械部件运动。叉刀杆、剪刀杆、凸轮这三个机械部件运行精确度有所不同,其中,剪刀杆运行的精确性要求要高于叉刀杆和凸轮运行的精确度。因此与剪刀杆连接的步进电机,其设定的丢步阈值要小于与叉刀杆或凸轮连接的步进电机的阈值。预设阈值也可以和其他因素相关,在本实用新型中并不限定为部件的运行精度。
在本实施例提供的丢步检测装置中,根据第一数量以及第一单位角度获得步进电机的理论位置,根据第二数量以及第二单位角度获得步进电机的实际位置,通过判断理论位置和实际位置之间的差值是否在预设阈值内,判断是否存在丢步现象。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。