具備位置反饋和速度反饋功能的小型直線執(zhí)行機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及直線運動控制技術領域，具體涉及一種具備位置反饋和速度反饋功能的小型直線執(zhí)行機構。
【背景技術】
[0002]直線運動機構在工業(yè)和民用電子產品中有著廣泛的應用和需求。如何能將絕對直線運轉位置和直線運動速度的測量和反饋融入到直線運動機構中，一直是研究的熱點，解決了這個問題，就能有效解決精度和效率問題，提高產品性能。
[0003]目前，常見的直線運動機構(也稱“直線電機”)主要有貫通絲杠方式和齒輪齒條方式兩種。鑒于齒輪齒條方式的最大優(yōu)點在于可以使用通用電機，因而使用范圍更廣，性價比更佳，可以將齒輪齒條方式的直線運動機構廣泛應用于機器人、自動電器等工業(yè)和民用產品中，實現(xiàn)直線運動功能。
【實用新型內容】
[0004]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種具備位置反饋和速度反饋功能的小型直線執(zhí)行機構，包括殼體、電源模塊、紅外測距傳感器、直流電動機、電機驅動器、齒輪齒條部件、控制器及對外接口部件，這種結構的直線執(zhí)行機構能夠按照設定速度，達到設定位置，是一種一體化、小型雙反饋式直線雙向執(zhí)行機構。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案。
[0006]—種具備位置反饋和速度反饋功能的小型直線執(zhí)行機構，包括殼體、電源模塊和對外接口部件，它還包括紅外測距傳感器、直流電動機、電機驅動器、齒輪齒條部件、控制器，直流電動機、齒輪齒條部件、紅外測距傳感器裝置于殼體中，直流電動機、齒輪齒條部件、紅外測距傳感器與控制器相連接。
[0007]優(yōu)選的是，所述殼體的兩側板上設置有齒條槽。
[0008]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述齒條槽為長U型槽。
[0009]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述殼體的末端設置有固定裝置。
[0010]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述直流電動機連接電機驅動器，電機驅動器連接控制器的PWM輸出接口。
[0011]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述直流電動機的輸出端連接齒輪齒條部件，齒輪固定裝置于直流電動機的輸出軸上并通過殼體將該齒輪與相同模數(shù)的齒條嚙合。
[0012]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述直流電動機內置有直流電機編碼器，用于測量并計算齒條的直線運動速度。
[0013]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述對外接口部件包括12V直流電輸入接口、5V直流電輸出接口和串行通訊口。
[0014]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述12V直流電輸入接口和5V直流電輸出接口設置于電源模塊，電源模塊通過12V直流電輸入接口連接電機驅動器，電源模塊通過5V直流電輸出接口連接紅外測距傳感器、直流電機編碼器和控制器。
[0015]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述串行通訊口設置于控制器的輸出端，用來與上位控制器或者主控單元進行數(shù)據(jù)連接。
[0016]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述電機驅動器包括H橋驅動部件和PffM調壓部件，PffM調壓部件連接控制器的PffM輸出接口，控制器的PWM信號控制調節(jié)直流電壓的變化并通過H橋驅動部件傳輸至直流電動機。
[0017]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述齒輪齒條部件的齒輪采用0.5模數(shù)、22齒數(shù)的鋼制齒輪。
[0018]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述齒輪齒條部件的齒條采用0.5模數(shù)、1cm長度的鋼制齒條。
[0019]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述紅外測距傳感器的輸出端連接控制器的模擬信號輸入端。
[0020]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述紅外測距傳感器采用GP2Y0A51SK0F型紅外測距傳感器。
[0021 ]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述控制器采用Arduino-ProMini微型控制板。
[0022]在上述任一技術方案中優(yōu)選的是，所述直流電動機采用Faulhaberl516SR型微型減速直流電動機。
[0023]本實用新型的具備位置反饋和速度反饋功能的小型直線執(zhí)行機構，包括殼體、電源模塊、紅外測距傳感器、直流電動機、電機驅動器、齒輪齒條部件、控制器及對外接口部件，直流電動機、齒輪齒條部件、紅外測距傳感器裝置于殼體中，直流電動機、齒輪齒條部件、紅外測距傳感器與控制器相連接。本實用新型的這種結構的直線執(zhí)行機構能夠按照設定速度，達到設定位置，是一種一體化、小型雙反饋式直線雙向執(zhí)行機構。本實用新型的具備位置反饋和速度反饋功能的小型直線執(zhí)行機構屬于機電一體化產品，可廣泛應用于機器人、自動電器等工業(yè)和民用產品中，實現(xiàn)直線運動功能。
【附圖說明】
[0024]圖1為按照本實用新型的具備位置反饋和速度反饋功能的小型直線執(zhí)行機構的一優(yōu)選實施例的機構原理框圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作詳細說明，以下描述僅作為示范和解釋，并不對本實用新型作任何形式上的限制。
[0026]如圖1所示，具備位置反饋和速度反饋功能的小型直線執(zhí)行機構包括殼體、電源模塊、紅外測距傳感器、直流電動機、電機驅動器、齒輪齒條部件、控制器，以及對外接口部件。直流電動機、齒輪齒條部件、紅外測距傳感器裝置于殼體中，直流電動機、齒輪齒條部件、紅外測距傳感器與控制器相連接。殼體的兩側板上設置有齒條槽，所述齒條槽為長U型槽;殼體的末端設置有固定裝置。直流電動機連接電機驅動器，電機驅動器連接控制器的PWM輸出接口 ；直流電動機的輸出端連接齒輪齒條部件，齒輪固定裝置于直流電動機的輸出軸上并通過殼體將該齒輪與相同模數(shù)的齒條嚙合;直流電動機內置有直流電機編碼器，用于測量并計算齒條的直線運動速度。對外接口部件包括12V直流電輸入接口、5V直流電輸出接口和串行通訊口 ； 12V直流電輸入接口和5V直流電輸出接口設置于電源模塊，電源模塊通過12V直流電輸入接口連接電機驅動器，電源模塊通過5V直流電輸出接口連接紅外測距傳感器、直流電機編碼器和控制器；串行通訊口設置于控制器的輸出端，用來與上位控制器或者主控單元進行數(shù)據(jù)連接。電機驅動器包括H橋驅動部件和PffM調壓部件，PffM調壓部件連接控制器的PWM輸出接口，控制器的PWM信號控制調節(jié)直流電壓的變化并通過H橋驅動部件傳輸至直流電動機。齒輪齒條部件的齒輪采用0.5模數(shù)、22齒數(shù)的鋼制齒輪，齒條采用0.5模數(shù)、1cm長度的鋼制齒條。紅外測距傳感器的輸出端連接控制器的模擬信號輸入端。
[0027]這種具備位置反饋和速度反饋功能的小型直線執(zhí)行機構由外殼、紅外測距傳感器、齒輪齒條部件、直流電動機及電機驅動器、控制器、電源、對外接口部件組成，紅外測距傳感器采用GP2Y0A51SKOF型紅外測距傳感器，控制器采用Arduino-ProMini微型控制板。直流電動機是本機構的運動產生部件，將齒輪固定在該電動機的輸出軸上、通過殼體將該齒輪與相同模數(shù)的齒條嚙合，齒條上的凸槽嵌入到殼體的對應凹槽內，達到固定作用;直流電動機的正轉和反轉轉換成齒條的上下運動，由此完成將直流電動機的圓周運動轉換為齒條的直線運動功能。通過改變齒輪的齒數(shù)，可以改變機構的最大直線運動速度和直線力矩(齒輪齒數(shù)越多，最大直線速度越低、直線力矩則越大)，通過改變齒條的齒數(shù)來決定執(zhí)行運動最大往復行程(齒條齒數(shù)越多，則直線行程越大)。將紅外測距傳感器固定于齒條的底端，并通過該傳感器的讀值來計算齒條的絕對直線運動位置。直流電動機的內部帶有編碼器，可以測量并計算出齒條的直線運動速度，由此達到位置反饋和速度反饋功能。直流電動機連接到電機驅動器，電機驅動器的控制信號和紅外測距傳感器的測量信號連接到機構控制器，機構的控制器通過串行通訊口接受其他設備的遠程控制。本機構還可以通過搭配以太網(wǎng)、Wi