步进电机循环间歇运动控制系统及控制方法技术方案

本申请提供了一种步进电机循环间歇运动控制系统及控制方法，控制系统包括控制器、步进电机和吐球转轮；吐球转轮包括三个以上沿圆周对称分布的隔断杆件；步进电机的外壳支撑部件上设置一接近开关，在各隔断杆件上的相同位置均设置一铁片；吐球转轮在旋转过程中，铁片靠近接近开关而产生接近开关信号；控制器用于根据接近开关信号控制步进电机循环间歇运动，步进电机与吐球转轮连接，其用于驱动吐球转轮旋转；步进电机通过驱动吐球转轮旋转，将落入相邻隔断杆件之间的转轮凹槽中的乒乓球运送出去，以实现吐球。本申请采用低成本的接近开关和铁片配合控制器进行丢步检测，成本低；本申请的控制逻辑简单、实用。

【技术实现步骤摘要】
步进电机循环间歇运动控制系统及控制方法
本申请属于乒乓球发球控制
，具体涉及一种步进电机循环间歇运动控制系统及控制方法。
技术介绍
乒乓球发球机器人具有一个循环间歇运动的吐球转轮，需要间歇地通过吐球转轮在特定的时间运行特定的角度将乒乓球传送到吐球转轮下方的底板导槽中。该吐球转轮通过步进电机进行开环驱动。乒乓球在落入吐球转轮的隔断杆件之间的转轮凹槽和底板导槽的过程中负载剧烈变化，开环控制的步进电机难免会出现丢步现象。由于步进电机的这种丢步是无法预测的，因此也就无法将此次和后续的乒乓球准确、按时地运送至底板导槽中，从而导致发球失效，影响乒乓球发球机器人的正常工作。
技术实现思路
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种步进电机循环间歇运动控制系统及控制方法。根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种步进电机循环间歇运动控制系统，其包括控制器、步进电机和吐球转轮；所述吐球转轮包括三个以上沿圆周对称分布的隔断杆件；所述步进电机的外壳支撑部件上设置一接近开关，在各所述隔断杆件上的相同位置均设置一铁片；所述吐球转轮在旋转过程中，所述铁片靠近所述接近开关而产生接近开关信号；所述控制器用于根据接近开关信号控制步进电机循环间歇运动，所述步进电机与吐球转轮连接，其用于驱动所述吐球转轮旋转；所述步进电机通过驱动所述吐球转轮旋转，将落入相邻所述隔断杆件之间的转轮凹槽中的乒乓球运送出去，以实现吐球。上述步进电机循环间歇运动控制系统中，所述控制器中设置有定时器、检测时间窗口、接近开关信号检测模块、检测控制模块和寻零复位模块；所述定时器各周期的时长根据发球频率确定，其用于对各任务调度和分发的时间节点进行定时；检测时间窗口的波形根据发球频率来确定；所述接近开关信号检测模块用于检测接近开关信号；所述检测控制模块用于控制对步进电机的丢步情况的检测。进一步地，所述检测控制模块随着步进电机的运转进行开启，随着接近开关信号的上升沿或检测时间窗口的关闭而关闭，其具体过程为：当步进电机开始运转时，检测控制模块开启；检测控制模块开启之后，当定时器的时间到达检测时间窗口的开始时间，接近开关信号检测模块开始检测接近开关信号，如果接近开关信号检测模块检测到接近开关信号的上升沿，则检测控制模块关闭；如果定时器的时间到达检测时间窗口的关闭时间，接近开关信号检测模块仍未检测到接近开关信号，则检测控制模块关闭。进一步地，所述步进电机的丢步情况包括大丢步和小丢步；在所述步进电机的一个运转周期中，如果定时器的时间在检测时间窗口的前半段时间内，接近开关信号检测模块检测到接近开关信号的上升沿，则判定步进电机为正常运转；如果定时器的时间在检测时间窗口的后半段时间内，接近开关信号检测模块检测到接近开关信号的上升沿，则判定步进电机为小丢步；如果定时器的时间到达检测时间窗口的关闭时间，接近开关信号检测模块仍未检测到接近开关信号的上升沿，则判定步进电机为大丢步。更进一步地，所述步进电机初始上电或大丢步的情况下，所述寻零复位模块开启，所述寻零复位模块执行完毕后关闭。更进一步地，所述寻零复位模块根据接近开关信号确定步进电机的软件零位，其过程为：判断接近开关是否有信号；如果接近开关有信号，则控制步进电机以预设的第一速度，并与步进电机当前的运动方向相反的方向运行，直至接近开关没有信号，此时步进电机所在的位置为其机械零位；如果接近开关没有信号，则控制步进电机以预设的第二速度，并与步进电机当前的运动方向相同的方向运行，直至接近开关有信号后，控制步进电机以第一速度反向，并与步进电机当前的运动方向相反的方向运行，直至接近开关没有信号，此时步进电机所在的位置为其机械零位；控制步进电机从机械零位再运转一零位偏移值到达预设的软件零位；其中，零位偏移值＝软件零位-机械零位。根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种步进电机循环间歇运动控制方法，其包括以下步骤：根据预设的步进电机运转脉冲控制步进电机运转，根据发球频率控制开启检测时间窗口，对接近开关信号的上升沿进行检测；根据检测时间窗口内接近开关信号上升沿的有无判断步进电机是否出现大丢步情况，根据检测时间窗口内接近开关信号上升沿出现的时刻判断步进电机为正常运转或小丢步；如果步进电机出现大丢步情况，则控制步进电机进行寻零复位后进入下一周期运转；如果步进电机正常运转，则控制步进电机进入下一周期的运转；如果步进电机出现小丢步，则将接近开关的上升沿时刻对应的步进电机的运转角度与步进电机的理论运转角度的差值作为步进电机下一周期运转的目标角度偏移值，实现对于步进电机循环间歇运动小丢步的反馈调节，之后控制步进电机进入下一周期的运转。上述步进电机循环间歇运动控制方法中，所述步骤根据检测时间窗口内接近开关信号上升沿的有无判断步进电机是否出现大丢步情况，根据检测时间窗口内接近开关信号上升沿出现的时刻判断步进电机为正常运转或小丢步的具体过程为：在步进电机的一个运转周期中，如果在检测时间窗口的关闭时间，仍未检测到接近开关信号的上升沿，则判定步进电机出现大丢步；如果在检测时间窗口的前半段时间内，检测到接近开关信号的上升沿，则判定步进电机为正常运转；如果在检测时间窗口的后半段时间内，检测到接近开关信号的上升沿，则判定步进电机为小丢步。上述步进电机循环间歇运动控制方法中，所述控制步进电机进行寻零复位中所寻的零位为软件零位，控制步进电机进行寻零复位的具体过程为：判断接近开关是否有信号；如果接近开关有信号，则控制步进电机以预设的第一速度，并与步进电机当前的运动方向相反的方向运行，直至接近开关没有信号，此时步进电机所在的位置为其机械零位；如果接近开关没有信号，则控制步进电机以预设的第二速度，并与步进电机当前的运动方向相同的方向运行，直至接近开关有信号后，控制步进电机以第一速度反向，并与步进电机当前的运动方向相反的方向运行，直至接近开关没有信号，此时步进电机所在的位置为其机械零位；控制步进电机从机械零位再运转一零位偏移值到达预设的软件零位，其中，零位偏移值＝软件零位-机械零位。根据本申请实施例的第三方面，本申请还提供了一种乒乓球发球机器人，其包括上述任一项所述步进电机循环间歇运动控制系统和底板导槽，所述底板导槽设置在所述吐球转轮的下方；所述步进电机循环间歇运动控制系统通过控制步进电机循环间歇运动，驱动吐球转轮将落入转轮凹槽中的乒乓球运送到所述底板导槽中，以实现吐球。根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本申请提供的步进电机循环间歇运动控制系统通过设置低成本的接近开关和铁片使得吐球转轮在步进电机的驱动下能够产生接近开关信号，通过接近开关信号检测模块对接近开关信号上升沿的检测，对步进电机的丢步情况进行检测；通过对于步进电机循环间歇运动的小丢步进行反馈调节，对于步进电机循环间歇运动的大丢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种步进电机循环间歇运动控制系统，其特征在于，包括控制器、步进电机和吐球转轮；/n所述吐球转轮包括三个以上沿圆周对称分布的隔断杆件；所述步进电机的外壳支撑部件上设置一接近开关，在各所述隔断杆件上的相同位置均设置一铁片；所述吐球转轮在旋转过程中，所述铁片靠近所述接近开关而产生接近开关信号；/n所述控制器用于根据接近开关信号控制步进电机循环间歇运动，所述步进电机与吐球转轮连接，其用于驱动所述吐球转轮旋转；/n所述步进电机通过驱动所述吐球转轮旋转，将落入相邻所述隔断杆件之间的转轮凹槽中的乒乓球运送出去，以实现吐球。/n

【技术特征摘要】
1.一种步进电机循环间歇运动控制系统，其特征在于，包括控制器、步进电机和吐球转轮；
所述吐球转轮包括三个以上沿圆周对称分布的隔断杆件；所述步进电机的外壳支撑部件上设置一接近开关，在各所述隔断杆件上的相同位置均设置一铁片；所述吐球转轮在旋转过程中，所述铁片靠近所述接近开关而产生接近开关信号；
所述控制器用于根据接近开关信号控制步进电机循环间歇运动，所述步进电机与吐球转轮连接，其用于驱动所述吐球转轮旋转；
所述步进电机通过驱动所述吐球转轮旋转，将落入相邻所述隔断杆件之间的转轮凹槽中的乒乓球运送出去，以实现吐球。


2.根据权利要求1所述的步进电机循环间歇运动控制系统，其特征在于，所述控制器中设置有定时器、检测时间窗口、接近开关信号检测模块、检测控制模块和寻零复位模块；
所述定时器各周期的时长根据发球频率确定，其用于对各任务调度和分发的时间节点进行定时；
检测时间窗口的波形根据发球频率来确定；
所述接近开关信号检测模块用于检测接近开关信号；
所述检测控制模块用于控制对步进电机的丢步情况的检测。


3.根据权利要求2所述的步进电机循环间歇运动控制系统，其特征在于，所述检测控制模块随着步进电机的运转进行开启，随着接近开关信号的上升沿或检测时间窗口的关闭而关闭，其具体过程为：
当步进电机开始运转时，检测控制模块开启；检测控制模块开启之后，当定时器的时间到达检测时间窗口的开始时间，接近开关信号检测模块开始检测接近开关信号，如果接近开关信号检测模块检测到接近开关信号的上升沿，则检测控制模块关闭；
如果定时器的时间到达检测时间窗口的关闭时间，接近开关信号检测模块仍未检测到接近开关信号，则检测控制模块关闭。


4.根据权利要求3所述的步进电机循环间歇运动控制系统，其特征在于，所述步进电机的丢步情况包括大丢步和小丢步；
在所述步进电机的一个运转周期中，如果定时器的时间在检测时间窗口的前半段时间内，接近开关信号检测模块检测到接近开关信号的上升沿，则判定步进电机为正常运转；
如果定时器的时间在检测时间窗口的后半段时间内，接近开关信号检测模块检测到接近开关信号的上升沿，则判定步进电机为小丢步；
如果定时器的时间到达检测时间窗口的关闭时间，接近开关信号检测模块仍未检测到接近开关信号的上升沿，则判定步进电机为大丢步。


5.根据权利要求4所述的步进电机循环间歇运动控制系统，其特征在于，所述步进电机初始上电或大丢步的情况下，所述寻零复位模块开启，所述寻零复位模块执行完毕后关闭。


6.根据权利要求5所述的步进电机循环间歇运动控制系统，其特征在于，所述寻零复位模块根据接近开关信号确定步进电机的软件零位，其过程为：
判断接近开关是否有信号；
如果接近开关有信号，则控制步进电机以预设的第一速度，并与步进电机当前的运动方向相反的方向运行，直至接近开关没有信号，此时步进电机所在的位置为其机械零位；
如果接近开关没有信号，则控制步进电机以预设的第二速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文，张海波，杨跞，许楠，刘福川，杨慧新，
申请(专利权)人：上海庞勃特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31