連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)，包括驅(qū)動電機(jī)、諧波減速器、磁編碼器、伺服驅(qū)動控制器和外殼；所述驅(qū)動電機(jī)的定子、磁編碼器和伺服驅(qū)動控制器固定于所述外殼上，所述驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的第一輸出端通過螺紋連接所述諧波減速器的一端，所述諧波減速器的另一端為驅(qū)動電機(jī)扭矩輸出端，所述磁編碼器的磁鐵固定于所述驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的第二輸出端，所述伺服驅(qū)動控制器的輸入端連接所述磁編碼器的輸出端，所述伺服驅(qū)動控制器的輸出端連接外接控制信號，所述伺服驅(qū)動控制器的電源端連接所述驅(qū)動電機(jī)的輸入端。本發(fā)明連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)的旋轉(zhuǎn)精度和旋轉(zhuǎn)角度以及輸出扭矩都比一般舵機(jī)高，具有成本低，精度高，輸出扭矩高的特點(diǎn)。
【專利說明】
連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002 ]目前，公知的舵機(jī)構(gòu)造是由電動機(jī)、驅(qū)動器、電位計(jì)、減速齒輪組和舵盤組成。將舵盤與外負(fù)載相連，舵機(jī)固定，通過減速齒輪組對電動機(jī)的扭矩放大后輸出。舵機(jī)多采用多級減速齒輪傳動，減速齒輪組強(qiáng)度不足，外負(fù)載大時(shí)容易損壞。
[0003]現(xiàn)在市場上的舵盤與舵機(jī)的使用的連接方式也不牢靠，僅靠小模數(shù)花鍵和一個(gè)端面螺釘固定，輸出不穩(wěn)定，造成負(fù)載不平衡，極易損壞。
[0004]國內(nèi)大多的舵機(jī)可控制角度都在180度左右，無法連續(xù)整周轉(zhuǎn)動，無法滿足現(xiàn)在機(jī)器人領(lǐng)域?qū)Χ鏅C(jī)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)，包括驅(qū)動電機(jī)、諧波減速器、磁編碼器、伺服驅(qū)動控制器和外殼；
[0008]所述驅(qū)動電機(jī)的定子、磁編碼器和伺服驅(qū)動控制器固定于所述外殼上，所述驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的第一輸出端通過螺紋連接所述諧波減速器的一端，所述諧波減速器的另一端為輸出驅(qū)動電機(jī)扭矩輸出端，所述磁編碼器的磁鐵固定于所述驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的第二輸出端，所述伺服驅(qū)動控制器的輸入端連接所述磁編碼器的輸出端，所述伺服驅(qū)動控制器的輸出端連接外接控制信號，所述伺服驅(qū)動控制器的電源端連接所述驅(qū)動電機(jī)的輸入端。
[0009]所述驅(qū)動電機(jī)選用無刷直流電機(jī)。
[0010]還包括法蘭和輸出法蘭;所述驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的第一輸出端通過所述法蘭固定于所述諧波減速器的一端，所述諧波減速器的另一端固定于所述輸出法蘭。
[0011]由至少兩個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)構(gòu)成伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述至少兩個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)通過CAN總線連接所述外接控制信號。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
[0013]本發(fā)明提出一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)，該連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)將驅(qū)動電機(jī)、諧波減速器、位置檢測傳感器和伺服控制器完美封裝在一個(gè)外殼中，外部僅需供電和通過串口總線的數(shù)字指令輕松實(shí)現(xiàn)速度、位置、扭矩控制，進(jìn)行正反轉(zhuǎn)、加減速、轉(zhuǎn)角、限位等設(shè)置。同時(shí)，各個(gè)數(shù)字電機(jī)之間可以通過串行總線連接控制。本發(fā)明連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)的旋轉(zhuǎn)精度和旋轉(zhuǎn)角度以及輸出扭矩都比一般舵機(jī)高，具有成本低，精度高，輸出扭矩高的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)的剖面圖；
[0016]圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的磁編碼器的局部剖面圖；
[0017]圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的諧波減速器的局部剖面圖；
[0018]圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)的外殼斜視圖；
[0019]圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)的示意圖；
[0020]其中，1-驅(qū)動電機(jī)，2-諧波減速器，21-諧波減速器的波發(fā)生器，22-諧波減速器的鋼輪，23-諧波減速器的柔輪，3-磁編碼器，31-磁編碼器的磁鐵，32-磁編碼器的電路板，33-磁編碼器芯片，34-過渡架，35-連接螺釘，36-緊固套，4-伺服驅(qū)動控制器，5-外殼，51-外殼殼體，52-外殼后端蓋，53-外殼前端蓋，6_法蘭，7_輸出法蘭，8_內(nèi)六角螺釘，9-沉頭螺釘。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]—種連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)，包括驅(qū)動電機(jī)1、諧波減速器2、磁編碼器3、伺服驅(qū)動控制器4和外殼5，還包括法蘭6和輸出法蘭7。
[0023]如圖1所示，驅(qū)動電機(jī)I的定子、磁編碼器3和伺服驅(qū)動控制器4固定于外殼5上，驅(qū)動電機(jī)I轉(zhuǎn)子的第一輸出端通過螺紋連接諧波減速器2的一端，諧波減速器2的另一端為驅(qū)動電機(jī)扭矩輸出端，磁編碼器3的磁鐵31固定于驅(qū)動電機(jī)I轉(zhuǎn)子的第二輸出端，伺服驅(qū)動控制器4的輸入端連接磁編碼器3的輸出端，伺服驅(qū)動控制器4的輸出端連接外接控制信號，伺服驅(qū)動控制器4的電源端連接驅(qū)動電機(jī)I的輸入端。
[0024]本實(shí)施方式中，驅(qū)動電機(jī)I選用最大功率內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)，型號為T-motorU7，具有高轉(zhuǎn)速、體積小、低電阻、低電感、大工作電流的特點(diǎn)。
[0025]本實(shí)施方式中，如圖2和圖3所示，無刷直流電機(jī)I的定子通過螺釘固定于外殼后端蓋52上，無刷直流電機(jī)I轉(zhuǎn)子的第一輸出端通過法蘭6與諧波減速器2的波發(fā)生器21相連，諧波減速器2的鋼輪22通過螺釘固定于外殼5上，諧波減速器2的柔輪23固定于輸出法蘭7上，無刷直流電機(jī)I轉(zhuǎn)子的第二輸出端設(shè)置有螺紋孔，通過連接螺釘35固定于過渡架34，過渡架34內(nèi)部通過緊固套36固定磁編碼器3—徑向充磁的磁鐵31，磁編碼器3的磁鐵31與磁編碼器3的磁編碼器芯片33距離為0.5-1.5mm，磁編碼器芯片33焊接在磁編碼器電路板32上，磁編碼器電路板32焊接有輸出端口連接外接控制信號。
[0026]本實(shí)施方式中，如圖4所示，無刷直流電機(jī)I轉(zhuǎn)子的第一輸出端通過四枚內(nèi)六角螺釘8連接法蘭6，法蘭6通過沉頭螺釘9連接諧波減速器的波發(fā)生器21，諧波減速器的波發(fā)生器21壓入諧波減速器的柔輪23中，諧波減速器的柔輪23緊連接輸出法蘭7。
[0027]本實(shí)施方式中，連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)的外殼如圖5所示，包括殼體51、前端蓋52和后端蓋53，外殼5為圓柱形，外殼后端蓋52通過螺釘固定于外殼殼體51上，夕卜殼前端蓋53通過螺釘固定于外殼殼體51上，外殼前端蓋53通過螺釘固定輸出法蘭7。
[0028]本實(shí)施方式中，連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)使用過程中，由至少兩個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)構(gòu)成伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，至少兩個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)通過CAN總線連接所述外接控制信號，如圖6所示，CAN控制器的接收端連接計(jì)算機(jī)，CAN控制器的RX端和TX端分別連接CAN收發(fā)器的RX端和TX端，CAN收發(fā)器的CANH端和CANL端連接各連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)的伺服驅(qū)動器的輸入端。
[0029]本實(shí)施方式中，CAN總線芯片的型號為VP230，其特點(diǎn)是具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn);采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過CAN控制器掛到CAN-bus上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò);可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文;可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制;發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā);節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動退出總線的功能;報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。
[°03°] 本實(shí)施方式中，磁編碼器芯片33的型號為奧微AS5045B，用于檢測驅(qū)動電機(jī)I轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給伺服控制驅(qū)動器4，進(jìn)行處理。AS5045B靈敏度高，抗干擾性強(qiáng)，能夠?qū)崟r(shí)檢測多級旋轉(zhuǎn)信號，使該數(shù)字電機(jī)具有連續(xù)旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。
[0031]本實(shí)施方式中，AS5045B磁編碼器芯片33與連接的3.3V穩(wěn)壓芯片在磁編碼器電路板上，磁編碼器芯片33輸出端與伺服驅(qū)動控制器4的主控芯片STM32F407相連，向STM32F407傳遞角度位置、速度、加速度信息。
[0032]本實(shí)施方式中，諧波減速器2的型號為綠的LHD-14-100，具有較高強(qiáng)度和剛度，可以直接作為輸出連接件使用，其減速比大、工作穩(wěn)定、精度高，能夠承受高負(fù)載。
[0033]本實(shí)施方式中，伺服驅(qū)動控制器4的芯片的型號為STM32F407，具有位置伺服功能，可維持在位置信號所給出的固定位置。同時(shí)具有驅(qū)動電機(jī)模式，通過三環(huán)PID調(diào)節(jié)控制電流來進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制，伺服驅(qū)動控制器4用于接收指令并進(jìn)行處理，對驅(qū)動電機(jī)I的旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行驅(qū)動控制，伺服驅(qū)動控制器4還可以接收磁編碼器反饋的信息，對驅(qū)動電機(jī)I實(shí)現(xiàn)伺服控制，使數(shù)字電機(jī)按輸入指令動作，保證其運(yùn)動精度。
[0034]本發(fā)明連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)的具體工作過程如下:
[0035]當(dāng)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)工作時(shí)，計(jì)算機(jī)作為外接控制信號通過信號傳輸線傳輸給伺服驅(qū)動控制器，對無刷直流電機(jī)進(jìn)行伺服控制，無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)帶動法蘭同步轉(zhuǎn)動，從而使諧波減速器的波發(fā)生器同步轉(zhuǎn)動，諧波減速器的柔輪帶動輸出法蘭同步轉(zhuǎn)動，輸出驅(qū)動電機(jī)扭矩;無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，過渡架同步轉(zhuǎn)動，從而使磁編碼器的磁鐵同步轉(zhuǎn)動，磁編碼器芯片檢測到磁編碼器的磁鐵的磁通量，通過磁編碼器的處理得到此時(shí)驅(qū)動電機(jī)的角位置、角速度和角加速度，磁編碼器將檢測的驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)動信號反饋給伺服驅(qū)動控制器，伺服驅(qū)動控制器通過反饋的驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)動信號與發(fā)送至驅(qū)動電機(jī)的控制信號進(jìn)行計(jì)算，得到下一控制周期需要進(jìn)行的調(diào)整量，將這些調(diào)整量通過電流、電壓控制方式輸出給驅(qū)動電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動參數(shù)的校準(zhǔn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)精確地對驅(qū)動電機(jī)控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)，其特征在于，包括驅(qū)動電機(jī)、諧波減速器、磁編碼器、伺服驅(qū)動控制器和外殼； 所述驅(qū)動電機(jī)的定子、磁編碼器和伺服驅(qū)動控制器固定于所述外殼上，所述驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的第一輸出端通過螺紋連接所述諧波減速器的一端，所述諧波減速器的另一端為驅(qū)動電機(jī)扭矩輸出端，所述磁編碼器的磁鐵固定于所述驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的第二輸出端，所述伺服驅(qū)動控制器的輸入端連接所述磁編碼器的輸出端，所述伺服驅(qū)動控制器的輸出端連接外接控制信號，所述伺服驅(qū)動控制器的電源端連接所述驅(qū)動電機(jī)的輸入端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)，其特征在于，所述驅(qū)動電機(jī)選用無刷直流電機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)，其特征在于，還包括法蘭和輸出法蘭； 所述驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子的第一輸出端通過所述法蘭固定于所述諧波減速器的一端，所述諧波減速器的另一端固定于所述輸出法蘭。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)，其特征在于，由至少兩個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)構(gòu)成伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述至少兩個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的高角位置精度的數(shù)字電機(jī)通過CAN總線連接所述外接控制信號。
【文檔編號】H02K7/10GK105846610SQ201610166132
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】叢德宏, 田小雨, 于增春, 王海洋, 王正, 郝旭昶
【申請人】沈陽艾克申機(jī)器人技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司