一種數(shù)字式可調(diào)阻尼手柄裝置及其零點(diǎn)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作控制領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)字式可調(diào)阻尼手柄裝置 及其零點(diǎn)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中，用戶通過(guò)操作手柄，控制設(shè)備運(yùn)行的情況越來(lái)越多，用戶 對(duì)操作舒適度要求也越來(lái)越高，要求操作時(shí)手松開(kāi)后手柄依然固定不松動(dòng)，操作力度可根 據(jù)不同設(shè)備和不同用戶進(jìn)行隨意調(diào)節(jié)，并且要求裝置簡(jiǎn)單可靠，控制精度高。
[0003] 以目前國(guó)內(nèi)西南鋁業(yè)集團(tuán)三萬(wàn)噸大型鍛造液壓機(jī)的操作手柄裝置為例，該手柄操 控裝置采用彈簧擠壓鋼球進(jìn)入定位孔來(lái)定位，只能進(jìn)行有級(jí)定位且操作力度不能調(diào)節(jié)，鋼 球與定位面長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)接觸摩擦，鋼球與平面磨損嚴(yán)重，裝置壽命短，維護(hù)成本高；同時(shí)物理 控制信號(hào)通過(guò)齒輪放大后轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)編碼器的旋轉(zhuǎn)角度，齒輪傳動(dòng)存在傳遞誤差和旋轉(zhuǎn)編 碼器安裝誤差使其零點(diǎn)偏離分配器齒輪軸原點(diǎn)，導(dǎo)致控制精度低，可靠性差。因此，有必要 開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單可靠，控制精度高的手柄操控裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種數(shù)字式可調(diào)阻尼手柄裝置及其零 點(diǎn)定位方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，控制精度高。
[0005] -種數(shù)字式可調(diào)阻尼手柄零點(diǎn)定位方法，當(dāng)手柄中的旋轉(zhuǎn)編碼器自身零點(diǎn)h固定 后，依據(jù)所需的手柄工作區(qū)域角度0g按照以下步驟設(shè)定控制零點(diǎn)位置：
[0006] 步驟1 :將手柄轉(zhuǎn)動(dòng)到第一操作極限位時(shí)，讀取旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的角度值0 #，判 斷旋轉(zhuǎn)編碼器自身零點(diǎn)與工作零點(diǎn)之間的位置關(guān)系；
[0007] 工況A:若e4r〔[見(jiàn):，義；+1)，則旋轉(zhuǎn)編碼器的自身零點(diǎn) 0(1處于工作角度區(qū)間 的工作零點(diǎn)0的左側(cè)；
[0008] 工況B:若e4rc= [0,L)，則旋轉(zhuǎn)編碼器的自身零點(diǎn)0(1處于工作角度區(qū)間的工作零 點(diǎn)0的右側(cè)；
[0009] 工況C:若[化3 + 1，360°)，則旋轉(zhuǎn)編碼器的自身零點(diǎn)0()處于工作角度區(qū)間 外；
[0010] 其中，0。4和0。3分別為工作零點(diǎn)〇到第一操作極限位置4和第二操作極限位置 3的角度：
[0011] 9。3= 0 gl+0 ly，0。4= 0 g2+0 2y;
[0012] 0 27和0 17分別為手柄從工作區(qū)域角度的兩端極限位置到第一操作極限位置4和 第二操作極限位置3之間的角度：
[0013] ?ly= 9 2y= (9s - 9 g)/2
[0014] 0S為手柄的可轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域角度，0 81和0 g2分別是依據(jù)控制要求設(shè)定的工作零點(diǎn)兩 邊的操控極限角度；
[0015]【依據(jù)待設(shè)定的工作零點(diǎn)保證工作角度區(qū)域0g在可轉(zhuǎn)動(dòng)角度區(qū)域0 3內(nèi)，且兩端 余量角度0 ly、0 27相等的原則；】
[0016] 步驟2:依據(jù)步驟1確定的旋轉(zhuǎn)編碼器自身零點(diǎn)與需設(shè)定的工作零點(diǎn)之間的位置 關(guān)系，按照以下公式確定工作零點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)編碼器自身零點(diǎn)之間的偏離角度0 ^
[0017]工況A:9 0= 0 gl+( 0 4r+ 03r- 0 g)/2-180。；
[0018]工況B:0〇= 0 gl+(04r+03r- 0 g)/2+180。；
[0019]工況C:9 0= 0 gl+( 94r+93r- 0 g)/2;
[0020] 其中，和0 #分別為手柄轉(zhuǎn)動(dòng)到第一操作極限位置4和第二操作極限位置3 時(shí)的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的角度；
[0021] 步驟3:依據(jù)獲得的工況和偏離角度0 ^，定位手柄的工作零點(diǎn)。
[0022] 按照上述的方法完成零點(diǎn)定位后，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的原始數(shù)據(jù)按照以下公式轉(zhuǎn)換 后得到的實(shí)際控制角度9 :和9 2:
[0024] 其中，
為旋轉(zhuǎn)編碼器在9n 9 2的 原始讀數(shù)值。
[0025] 假設(shè)手柄從0順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到P點(diǎn)，0到P絕對(duì)角度45°，此時(shí)旋轉(zhuǎn)編碼器輸入PLC 的是原始角度0^(假設(shè)是126° )，在PLC中通過(guò)角度轉(zhuǎn)換（即上述公式），將0^(126° ) 變成控制值45°，PLC再利用45°去控制設(shè)備工作。0i應(yīng)理解為輸入PLC的絕對(duì)角度，該 角度由旋轉(zhuǎn)編碼器在某位置的原始角度轉(zhuǎn)換求得。PLC能采集的信號(hào)只有旋轉(zhuǎn)編碼器的原 始數(shù)據(jù)，即使旋轉(zhuǎn)角度0 :是已知的，是輸入的絕對(duì)值，但是PLC不能直接獲取該值，它只能 獲取旋轉(zhuǎn)編碼器某位置的原始值，需要將原始角度轉(zhuǎn)換成控制值。
[0026] 利用轉(zhuǎn)換得到的控制角度0 0 2乘以系數(shù)K，將手柄控制角度成任意比例放大縮 小，使得控制角度范圍擴(kuò)大到（_ 00，+ 00 )。
[0027] -種數(shù)字式可調(diào)阻尼手柄裝置，基于上述的一種數(shù)字式可調(diào)阻尼手柄零點(diǎn)定位方 法，構(gòu)建數(shù)字式可調(diào)阻尼手柄裝置，該裝置包括支架10、刻度罩2、旋轉(zhuǎn)軸5、手柄桿1、左軸 套10、右軸套4、蝶形彈簧6、摩擦環(huán)3、旋轉(zhuǎn)編碼器9及操作平臺(tái)12;
[0028] 刻度罩用于限定操作角度，同時(shí)在刻度罩上安裝標(biāo)簽可提示操作人員將手柄推到 某個(gè)位置代表什么操作指令；
[0029] 所述支架固定在操作平臺(tái)下端面，刻度罩固定在操作平臺(tái)上，手柄桿穿過(guò)操作平 臺(tái)，下端與旋轉(zhuǎn)軸連接，手柄桿1的旋轉(zhuǎn)中心與旋轉(zhuǎn)軸5的軸心重合；
[0030] 在所述支架下端設(shè)置有左軸套和右軸套，旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)左軸套和右軸套設(shè)置在支架 上，左軸套和右軸套與轉(zhuǎn)軸之間均裝配有用于產(chǎn)生摩擦阻尼的摩擦環(huán)；
[0031] 所述左軸套和右軸套中的一個(gè)軸套通過(guò)配套的螺栓與螺母固定在支架上，且與螺 栓之間設(shè)置有彈簧；
[0032] 所述旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)軸相連。
[0033] 所述彈簧為蝶形彈簧。
[0034] 采用蝶形彈簧，可以更好的調(diào)節(jié)摩擦環(huán)與旋轉(zhuǎn)軸之間的阻尼力。
[0035] 所述蝶形彈簧包括疊合組合彈簧或復(fù)合組合彈簧；
[0036] 所述疊合組合彈簧是指多片蝶形彈簧采用同向或反向疊在一起；
[0037] 所述復(fù)合組合彈簧是指多片蝶形彈簧采用同向和反向混合疊在一起。
[0038] 所述左軸套與右軸套之間的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有定位臺(tái)階，所述摩擦環(huán)設(shè)置在所述定位 臺(tái)階上。
[0039] 設(shè)置定位臺(tái)階是為了更好的固定摩擦環(huán)。
[0040] 所述旋轉(zhuǎn)編碼器采用通孔或盲孔與旋轉(zhuǎn)軸同軸連接；
[0041] 所述旋轉(zhuǎn)軸插入旋轉(zhuǎn)編碼器的盲孔或通孔，通過(guò)緊定螺釘鎖緊。
[0042] 原有手柄結(jié)構(gòu)導(dǎo)致采用軸式編碼器，需要采用中間連接機(jī)構(gòu)如聯(lián)軸器或齒輪副， 將旋轉(zhuǎn)軸角度傳遞給編碼器，存在傳遞誤差且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，旋轉(zhuǎn)軸直接插入通孔或盲孔中，用 緊定螺釘鎖緊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)傳遞誤差。
[0043] 所述旋轉(zhuǎn)編碼器為單圈絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器。
[0044] 單圈編碼器精度高，而且工作范圍不會(huì)超過(guò)360°;
[0045] 增量型編碼器存在零點(diǎn)累計(jì)誤差，抗干擾較差，停機(jī)需斷電記憶，開(kāi)機(jī)需找零點(diǎn)或 參考位；絕對(duì)編碼器每一個(gè)位置絕對(duì)唯一、無(wú)需掉電記憶、開(kāi)機(jī)無(wú)需找零點(diǎn)或參考位，編抗 干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性高。
[0046] 通過(guò)蝶形彈簧產(chǎn)生可調(diào)阻尼力，手柄桿可在工作區(qū)間內(nèi)的任意位置定位，操作力 度可快速調(diào)節(jié)；手柄裝置將角度輸入信號(hào)通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，在程序中對(duì)旋 轉(zhuǎn)編碼器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行零點(diǎn)設(shè)定及角度轉(zhuǎn)換處理，獲取有效控制參數(shù)，從而對(duì)控制對(duì)象 進(jìn)行控制。
[0047] 操作人員推動(dòng)手柄桿1旋轉(zhuǎn)，手柄桿1旋轉(zhuǎn)中心與旋轉(zhuǎn)軸5軸心重合，旋轉(zhuǎn)軸5在 左軸套4與右軸套9的支撐下旋轉(zhuǎn)，5個(gè)自由度被約束，僅能繞軸心旋轉(zhuǎn)，保護(hù)編碼器8不被 旋轉(zhuǎn)軸5損壞；
[0048] 采用盲孔型編碼器與旋轉(zhuǎn)軸同軸鎖緊，手柄桿旋轉(zhuǎn)角度通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸傳遞給旋轉(zhuǎn)編 碼器，相比于原有通過(guò)齒輪傳遞角度的方法，該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定可靠，無(wú)傳遞誤差，控制 精度高；
[0049] 通過(guò)螺栓與螺母擠壓蝶形彈簧6,產(chǎn)生的軸向壓力通過(guò)右軸套4將旋轉(zhuǎn)軸5壓緊， 摩擦環(huán)3產(chǎn)生摩擦阻力，保證手柄桿1及旋轉(zhuǎn)軸5在任意位置固定，無(wú)自由運(yùn)動(dòng)情況；
[0050] 摩擦環(huán)3由耐磨材料制成，提供摩擦阻力的同時(shí)保護(hù)其他零件不被磨損，更換方 便；摩擦力通過(guò)螺栓與螺母快速調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)；
[0051] 蝶形彈簧6為標(biāo)準(zhǔn)件，更換方便，維護(hù)成本低。
[0052] 有益效果
[0053] 本發(fā)明提供的一種數(shù)字式可調(diào)阻尼手柄裝置及其零點(diǎn)定位方法，相對(duì)于現(xiàn)有技 術(shù)，具有以下有益的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果：
[0054] 1)手柄裝置將物理的角度控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為編碼器的數(shù)字控制信號(hào)，提高系統(tǒng)控制 精度和抗干擾能力。
[0055] 2)本裝置手柄桿在可調(diào)阻尼力作用下，可在工作區(qū)任意位置保持，解決了原有手 柄只能定點(diǎn)定位的缺點(diǎn)，調(diào)節(jié)螺栓可方便調(diào)整操作阻尼力，靈活性高；
[0056] 3)角度轉(zhuǎn)換處理，解決了因安裝誤差導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)編碼器零點(diǎn)與控制零點(diǎn)偏移的問(wèn) 題，同時(shí)解決了旋轉(zhuǎn)編碼器范圍超過(guò)工作范圍的問(wèn)題，降低了安裝精度要求；
[0057] 4)零位定位處理，可方便根據(jù)控制要求設(shè)定工作角度零點(diǎn)，靈活方便；
[0058] 5)經(jīng)過(guò)處理后的控制角度，可乘以系數(shù)進(jìn)行任意縮放，控制范圍廣；
[0059] 6)本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件少，安裝加工方便，實(shí)用性強(qiáng)，解決了齒輪傳動(dòng)導(dǎo)致的 傳遞誤差，提高了控制精度；
[0060] 7)摩擦環(huán)提供摩擦力的同時(shí)，保護(hù)其他零部件不被損壞，摩擦環(huán)更換方便，裝置維 護(hù)成本低，使用壽命長(zhǎng)；
【附圖說(shuō)明】
[0061] 圖1是本發(fā)明手柄操控裝置結(jié)構(gòu)意圖；
[0062] 圖2是可調(diào)阻尼結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063] 圖3是旋轉(zhuǎn)編碼器自身零點(diǎn)與工作零點(diǎn)之間的位置關(guān)系示意圖，其中，圖（a)為工 況A，圖（b)為工況B，圖C為工況C;
[0064] 圖4是工作零點(diǎn)定