一种手摇脉冲发生器控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种手摇脉冲发生器控制系统，涉及自动化控制技术领域。所述手摇脉冲发生器包括磁粉制动器，加入了阻尼力矩控制环节，并将磁粉制动器作为实现阻尼控制的核心器件。本发明专利技术的手摇脉冲发生器，手轮与光电编码器同轴，且与磁粉制动器通过皮带连接。光电编码器检测手轮的转动状态，生成相应的编码信息，同时磁粉制动器在三种模式下受外部信号的控制，产生相应的阻尼力矩，阻尼力矩随外部信号连续可调。本发明专利技术的最大特点是：增加阻尼力矩连续可控的功能，使得操作者在操作手摇脉冲发生器的同时能够感知手轮上的阻尼力矩的变化，便于操作者完成进行更加精细的操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动化控制
，特别涉及一种手摇脉冲发生器及其控制系统。
技术介绍
手摇脉冲发生器也称为电子手轮、手脉。广泛用于数控机床、雕刻机等自动化设备。操作者通过手摇脉冲发生器，可以完成对数控设备的定位、移动等操作。有些场合需要操作者能够感知操作对象的移动过程中所受到的阻力。例如，操作者在操作车床夹持机构时，需要感知夹持机构的夹持力；雕刻机手动操作时，需要感知刀具与工件的作用力。另外，有些情况下还需要手轮根据自身转动速度提供阻尼力矩，以防止操作过快，发生碰撞事故。现有的手摇脉冲发生器并不具有以上功能。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种手摇脉冲发生器及其控制系统，用以解决现有技术中现有的手摇脉冲发生器不具有夹持力感知以及阻尼力矩控制功能的问题。一种手摇脉冲发生器，包括机壳、手轮、光电编码器和磁粉制动器，所述手轮可转动的安装在所述机壳上，其一端设置在所述机壳外部，另一端插入所述机壳内部，所述光电编码器位于所述机壳内部，并套设在所述手轮外部，所述磁粉制动器可转动的安装在所述机壳内部，所述手轮插入所述机壳的一端通过皮带与所述磁粉制动器传动连接。优选地，所述手轮在露出所述机壳的一端设有手柄。本专利技术实施例还提供了一种手摇脉冲发生器，包括机壳、手轮、光电编码器和磁粉制动器，所述手轮转动的安装在所述机壳上，其一端设置在所述机壳外部，另一端插入所述机壳内部，所述光电编码器位于所述机壳内部，并套设在所述手轮位于所述机壳内部一端的外侧，所述磁粉制动器转动的安装在所述机壳内部，所述手轮插入所述机壳的一端通过皮带与所述磁粉制动器传动连接。优选地，所述手轮在露出所述机壳的一端设有手柄。本专利技术还提供了一种手摇脉冲发生器的控制系统，包括手摇脉冲发生器以及设置在所述手摇脉冲发生器内部的电路板，所述手摇脉冲发生器包括手轮、光电编码器和磁粉制动器，所述光电编码器检测所述手轮的位置变化，并生成相应的编码信息，所述手轮带动所述磁粉制动器转动，所述电路板上设有分频器、TTL-差分转换模块、T-M测速模块、第一A/D转换模块和数据接口，所述分频器将所述光电编码器生成的编码信息进行分频处理，所述TTL-差分转换模块将所述分频器分频后的信号转换为差分信号，并发送至外部执行机构，所述T-M测速模块计算所述分频器分频处理后的信号中的脉冲速度信息，所述第一A/D转换模块接收外部执行机构的反馈信号，并转换为相应的数字信号，所述数据接口接收外部设备的控制命令，所述磁粉制动器在所述脉冲速度信息、所述转换后的数字信号或外部设备的控制命令作用下产生相应的阻尼力矩，并将该阻尼力矩传递至所述手轮。优选地，所述电路板上设有差分-TTL转换模块，所述差分-TTL转换模块将所述光电编码器生成的编码信息转换为TTL电平信号，由所述分频器对所述TTL电平信号进行分频处理。优选地，所述电路板上设有拨码开关和GPIO单元，所述GPIO单元在所述拨码开关的控制下调节所述分频器的分频比。优选地，所述数据接口包括CAN总线接口和RS485接口。优选地，所述电路板设有计数器，所述计数器计算所述分频器进行分频处理后的信号中的脉冲数信息，并通过所述CAN总线接口和RS485接口将所述脉冲数信息发送至外部设备。优选地，所述电路板上设有指令读取模块、霍尔传感器、第二A/D转换模块、电流获取模块、等效阻尼力矩确定模块、偏差信号确定模块、电流闭环控制模块、PWM单元和H桥驱动器，所述指令读取模块根据所述脉冲速度信息、所述转换后的数字信号或外部设备的控制命令计算相应的指令阻尼力矩，所述霍尔传感器检测所述磁粉制动器的激磁电流，由所述第二A/D转换模块将所述激磁电流转换为数字信号，所述电流获取模块获取转换后的电流信号，所述等效阻尼力矩确定模块根据所述转换后的电流信号确定相应的等效阻尼力矩，所述偏差信号确定模块计算所述等效阻尼力矩和指令阻尼力矩的差值，由所述电流闭环控制模块计算与所述偏差信号确定模块确定的差值相应的H桥占空比，所述PWM单元根据所述H桥占空比生成相应的PWM脉冲控制信号，所述H桥驱动器根据所述PWM脉冲控制信号生成相应的激磁电流，以控制所述磁粉制动器产生相应的阻尼力矩。优选地，所述等效阻尼力矩确定模块根据所述磁粉制动器的电流-阻尼力矩特性曲线以及所述电流获取模块获取的电流信号确定所述等效阻尼力矩。优选地，所述电流闭环控制模块采用PI控制算法，调用PID控制子函数确定所述H桥占空比。本专利技术实施例中一种手摇脉冲发生器及其控制系统，手摇脉冲发生器中手轮和磁粉制动器通过皮带传动，光电编码器检测手轮的转动状态，生成相应的编码信息以控制磁粉制动器的阻尼力矩，同时磁粉制动器在三种模式下收外部设备或编码信息的控制，产生相应的阻尼力矩以控制手轮的转动状态，达到了阻尼力矩连续可调的效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术专利技术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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的一种手摇脉冲发生器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种手摇脉冲发生器控制系统的模块图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。参照图1，本专利技术实施例提供了一种手摇脉冲发生器。所述手摇脉冲发生器100包括机壳101，所述机壳101上设置有可转动的手轮102。所述手轮102一端位于所述机壳101内部，一端露出所述机壳101。所述手轮102位于所述机壳101内部的部分外侧套设有光电编码器103，且所述光电编码器103与所述手轮102同轴。所述机壳101内部设有磁粉制动器104，所述手轮102位于所述机壳101内部的部分通过皮带105与所述磁粉制动器104连接，所述磁粉制动器104在外部电流的控制下产生阻尼力矩，并通过所述皮带105将阻尼力矩传递至所述手轮102。在本实施例中，所述手轮102上设有手柄106，便于使用者转动所述手轮102。除所述手轮102、光电编码器1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手摇脉冲发生器，其特征在于，包括机壳、手轮、光电编码器和磁粉制动器，所述手轮转动的安装在所述机壳上，其一端设置在所述机壳外部，另一端插入所述机壳内部，所述光电编码器位于所述机壳内部，并套设在所述手轮位于所述机壳内部一端的外侧，所述磁粉制动器转动的安装在所述机壳内部，所述手轮插入所述机壳的一端通过皮带与所述磁粉制动器传动连接。

【技术特征摘要】
1.一种手摇脉冲发生器，其特征在于，包括机壳、手轮、光电编码器和磁
粉制动器，所述手轮转动的安装在所述机壳上，其一端设置在所述机壳外部，
另一端插入所述机壳内部，所述光电编码器位于所述机壳内部，并套设在所述
手轮位于所述机壳内部一端的外侧，所述磁粉制动器转动的安装在所述机壳内
部，所述手轮插入所述机壳的一端通过皮带与所述磁粉制动器传动连接。
2.如权利要求1所述的手摇脉冲发生器，其特征在于，所述手轮在露出所
述机壳的一端设有手柄。
3.一种手摇脉冲发生器的控制系统，其特征在于，包括手摇脉冲发生器以
及设置在所述手摇脉冲发生器内部的电路板，所述手摇脉冲发生器包括手轮、
光电编码器和磁粉制动器，所述光电编码器检测所述手轮的位置变化，并生成
相应的编码信息，所述手轮带动所述磁粉制动器转动，所述电路板上设有分频
器、TTL-差分转换模块、T-M测速模块、第一A/D转换模块和数据接口，所述
分频器将所述光电编码器生成的编码信息进行分频处理，所述TTL-差分转换模
块将所述分频器分频后的信号转换为差分信号，并发送至外部执行机构，所述
T-M测速模块计算所述分频器分频处理后的信号中的脉冲速度信息，所述第一
A/D转换模块接收外部执行机构的反馈信号，并转换为相应的数字信号，所述
数据接口接收外部设备的控制命令，所述磁粉制动器在所述脉冲速度信息、所
述转换后的数字信号或外部设备的控制命令作用下产生相应的阻尼力矩，并将
该阻尼力矩传递至所述手轮。
4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述电路板上设有差分-TTL
转换模块，所述差分-TTL转换模块将所述光电编码器生成的编码信息转换为
TTL电平信号，由所述分频器对所述TTL电平信号进行分频处理。
5.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，所述电路板上设有拨码开
...

【专利技术属性】
技术研发人员：于占东，杨旭，张宇峰，张鹏，
申请(专利权)人：渤海大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21