一种抗磨损高精度的智能舵机及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种抗磨损高精度的智能舵机，包括直流马达、齿轮组、控制器、存储器、光电传感矩阵甲、光电传感矩阵乙、带线性缺口的齿轮甲、带线性缺口的齿轮乙、发光二极管、通信总线，所述直流马达与控制器电性连接，所述齿轮组与带线性缺口的齿轮甲机械连接，所述齿轮组与带线性缺口的齿轮乙机械连接，所述带线性缺口的齿轮甲与直流马达机械连接，所述润滑剂涂抹在齿轮组之间，所述润滑剂涂抹在齿轮组和带线性缺口的齿轮之间，所述控制器与通信总线电性连接，所述存储器与通信总线电性连接，所述光电传感矩阵甲与控制器电性连接，所述光电传感矩阵乙与控制器电性连接，所述发光二极管与控制器电性连接。本发明专利技术能够降低舵机内部位置传感部件的磨损，在长时间使用时保持出厂精度，还可以统计内部齿轮组的塑性形变情况，并能在空闲时尝试自我校准齿轮组，避免使用久了打滑。打滑。打滑。

【技术实现步骤摘要】
一种抗磨损高精度的智能舵机及其制作方法


[0001]本专利技术涉及舵机控制
，具体涉及一种抗磨损高精度的智能舵机及其制作方法。

技术介绍

[0002]舵机是机械臂、导弹控制系统、飞行器控制系统、船舶控制系统等领域中的重要部件，在方向控制方面起到重要作用。因此，舵机的控制精确度直接决定系统的性能和安全性。随着计算机、航空航天、微电子、人工智能技术的不断发展，舵机的制造技术也日益提高。现有舵机类型中，数字舵机最为广泛应用，其优点是造价便宜，不需要持续的PWM信号供给。但是，现有的数字舵机内部通常由直流马达、电位器、以及齿轮组构成。随着日久天长的使用，电位器内部的电阻表面会被磨损，导致电阻率与出厂时发生偏差，最终舵机的旋转误差增大。在舵机带载的力过大时，内部的齿轮结构也会发生塑性形变，导致咬合松动，容易打滑报废。现有的数字舵机也不具备寿命预测或者损耗自检功能，容易在用户不知情的情况下引发事故。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有舵机技术存在反馈结构易被磨损增大误差、齿轮结构易发生塑性形变、无寿命预测和自检的问题，提供一种抗磨损高精度的智能舵机及其制作方法，该抗磨损高精度的智能舵机及其制作方法提供的舵机设计方案可以很大程度上避免反馈器件的磨损，提高控制精度，能记录其内部齿轮的塑性形变情况提供自检数据，能在空闲时自动校准齿轮的塑性形变。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种抗磨损高精度的智能舵机，包括直流马达、齿轮组、润滑剂、控制器、存储器、光电传感矩阵、带线性缺口的齿轮、发光二极管、通信总线，所述直流马达与控制器电性连接，所述齿轮组与直流马达机械连接，所述齿轮组与带线性缺口的齿轮机械连接，所述润滑剂涂抹在齿轮组之间，所述润滑剂涂抹在齿轮组和带线性缺口的齿轮之间，所述控制器与通信总线电性连接，所述存储器与通信总线电性连接，所述光电传感矩阵与控制器电性连接，所述发光二极管与控制器电性连接。
[0005]一种抗磨损高精度的智能舵机及其制作方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、将普通的齿轮从圆心到外侧切开一条细缝，以使其透光，制作成带线性缺口的齿轮。光电传感矩阵模块应做成圆弧型的，并将感光像素划分成若干轨道，每个轨道的像素密度相同，即最外侧轨道的像素数量最多。光电传感矩阵模块的输出数据应将轨道号作为索引，以顺时针或逆时针的顺序将感应到的像素光值排序，方便控制器处理。
[0007]步骤二、将带线性缺口的齿轮甲安装在发光二极管和光电传感矩阵模块甲之间。将带线性缺口的齿轮乙安装在发光二极管和光电传感矩阵模块乙之间。直流马达与带线性缺口的齿轮甲机械连接，带线性缺口的齿轮甲与齿轮组机械连接，齿轮组与带线性缺口的齿轮乙机械连接，带线性缺口的齿轮乙作为带载齿轮。发光二极管、光电传感矩阵模块、直
流马达与控制器电性连接，控制器、存储器与通信总线电性连接。
[0008]步骤三、当需要转动到指定角度时，控制器控制发光二极管开启，然后从光电传感矩阵模块乙获取光值矩阵数组；遍历每个轨道号，并以一个阈值对轨道中像素光值进行二值化处理，然后计算每个轨道的光斑中心像素相对该轨道全部像素的位置，并以0到1的小数表示；计算全部轨道的光斑中心像素相对位置平均值，这个平均值能代表带载端当前的角度，以此反馈调节直流马达的电流。同理，从光电传感矩阵模块甲获取光值矩阵数组可用于计算带线性缺口的齿轮甲当前的角度。
[0009]步骤四、将机械结构组装好的带线性缺口的齿轮乙固定，控制器按最小单位逐渐增加直流马达的供电电流，每次增加后，延迟一段时间，然后根据步骤三中描述的方法通过光电传感矩阵模块甲测量当前的角度增量。当某一次角度增量大于前几次增量的平均值时，在存储器中保存当前电流值I
k
，然后解除固定带线性缺口的齿轮乙。
[0010]步骤五、在舵机工作时，若直流马达上的供电电流大于I
k
，则根据步骤三中描述的方法通过光电传感矩阵模块甲测量当前的角度，计算角度最小单位内持续时间，并将持续时间与电流差值相乘，正负号由电流方向确定，将结果更新到存储器中，此结果称为电流代冲量。存储器初始状态下保存的每个角度最小单位对应的电流代冲量为0，每次更新时累加其数值。
[0011]步骤六、步骤五得到的每个角度最小单位对应的电流代冲量累加值作为齿轮塑性形变扭曲的参考数据；当其中某个累加值的绝对值大于警报阈值时则提示用户更换舵机或让用户卸下舵机以尝试自动校准。
[0012]步骤七、执行自动校准时，根据步骤三中描述的方法通过光电传感矩阵模块甲的数据作为反馈信号，控制器控制直流马达小电流旋转到形变较严重的角度，然后停止。然后给直流马达通较大的电流，电流的方向与存储器中记录的该角度下累加电流代冲量方向相反，当旋转的角度超过最小角度单位时，控制直流马达断电。然后将通电时间、通电电流与I
k
的差值相乘，正负号由电流方向确定，将结果更新到存储器中。若累加值的绝对值仍然超标，则重复自动校准步骤。
[0013]与现有技术相比，本专利技术提供了一种抗磨损高精度的智能舵机及其制作方法，具备以下有益效果：
[0014]1、避免使用电位器作为角度反馈元件，使用光电传感结构降低磨损，提高精度和耐用性；
[0015]2、本专利技术提供的舵机设计方案能够记录内部齿轮的塑性形变情况，提供自检数据供系统或用户分析；
[0016]3、本专利技术提供的舵机设计方案能够在舵机空闲时自动校准齿轮结构的塑性形变。
[0017]该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现，本专利技术结构科学合理，使用安全方便，为人们提供了很大的帮助。
附图说明
[0018]图1是本专利技术提出的舵机结构示意图；
[0019]附图标记说明
[0020]1、发光二极管；2、光电传感矩阵乙；3、带线性缺口的齿轮乙；4、齿轮组；5、带线性
缺口的齿轮甲；6、光电传感矩阵甲；7、直流马达；8、控制器；9、通信总线；10、存储器。
具体实施方式
[0021]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0022]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0023]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗磨损高精度的智能舵机，包括直流马达(7)、齿轮组(4)、控制器(8)、存储器(10)、光电传感矩阵甲(6)、光电传感矩阵乙(2)、带线性缺口的齿轮甲(5)、带线性缺口的齿轮乙(3)、发光二极管(1)、通信总线(9)，其特征在于：所述直流马达(7)与控制器(8)电性连接，所述齿轮组(4)与带线性缺口的齿轮甲(5)机械连接，所述齿轮组(4)与带线性缺口的齿轮乙(3)机械连接，所述带线性缺口的齿轮甲(5)与直流马达(7)机械连接，所述润滑剂涂抹在齿轮组(4)之间，所述润滑剂涂抹在齿轮组(4)和带线性缺口的齿轮之间，所述控制器(8)与通信总线(9)电性连接，所述存储器(10)与通信总线(9)电性连接，所述光电传感矩阵甲(6)与控制器(8)电性连接，所述光电传感矩阵乙(2)与控制器(8)电性连接，所述发光二极管(1)与控制器(8)电性连接，所述发光二极管(1)在舵机的内部。2.根据权利要求1所述的一种抗磨损高精度的智能舵机，其特征在于：所述带线性缺口的齿轮甲(5)和带线性缺口的齿轮乙(3)通过将普通的齿轮从圆心到外侧切开一条细缝使其透光制成，所述光电传感矩阵模块甲(6)和光电传感矩阵模块乙(2)应做成圆弧型的，并将感光像素划分成若干轨道，每个轨道的像素密度相同，即最外侧轨道的像素数量最多。3.根据权利要求1所述的一种抗磨损高精度的智能舵机，其特征在于：光电传感矩阵模块甲(6)和光电传感矩阵模块乙(2)的输出数据应将轨道号作为索引，以顺时针或逆时针的顺序将感应到的像素光值排序，方便控制器(8)处理。4.根据权利要求1所述的一种抗磨损高精度的智能舵机，其特征在于：当需要转动到指定角度时，控制器(8)控制发光二极管(1)开启，然后从光电传感矩阵模块乙(2)获取光值矩阵数组；遍历每个轨道号，并以一个阈值对轨道中像素光值进行二值化处理，然后计算每个轨道的光斑中心像素相对该轨道全部像素的位置，并以0到1的小数表示；计算全部轨道的光斑中心像素相对位置平均值，这个平均值能代表...

【专利技术属性】
技术研发人员：方玥，张世卓，吴细宝，刘辉翔，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：