伺服机构输出轴偏转角度获取方法、装置和系统与流程

1.本发明涉及伺服控制技术领域，尤其涉及到一种伺服机构输出轴偏转角度获取方法、一种伺服机构输出轴偏转角度获取装置、一种伺服机构输出轴偏转角度获取系统和一种计算机可读存储介质。


背景技术：

2.电动伺服领域通常采用各类接触式角度传感器作为敏感伺服机构输出轴角度偏转的核心器件。伺服机构接受控制指令，按一定控制规律输出电机驱动信号，电机旋转带动减速器输出，完成控制所需的角度偏转。角度传感器敏感角度输出信号由控制电路采集，实时参与控制算法循环中，是伺服机构线性度、精度、稳定性等核心性能的关键环节。
3.目前，小型伺服机构通常采用接触式导电塑料角度传感器，其主要由导电基体、电刷、对位轴承、转轴、底座组成，导电基体两端连接稳定的直流电压，电刷与导电基体接触运动输出信号电压，其值大小与导电基体上的电刷位置成正比。导电塑料角度传感器因其简单结构及成熟应用技术，广泛应用伺服领域。但是，若伺服机构工作在高过载、复杂环境条件下，导电塑料传感器的电刷结构易受冲击变形脱离导电基体，输出信号为模拟电压信号易在复杂环境引入干扰，导致传感器无法真实反馈被测物的角度偏转，造成伺服机构功能异常或故障。同时，接触式导电塑料角度传感器对位轴承安装需要一定高度，因此无法满足部分小型伺服机构结构紧凑要求；传感器模拟输出要求伺服机构控制驱动电路具有信号解调功能，对印制板信号完整性的制版工艺提出较高要求；传感器导电基体的材料、线性度修刻等制作环节增加生产成本。
4.因此，接触式导电塑料角度传感器因其特性无法满足部分小型伺服机构结构紧凑、成本低、适应高过载、复杂环境等要求。


技术实现要素：

5.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种伺服机构输出轴偏转角度获取方法，其可以解决现有小型伺服机构采用接触式导电塑料角度传感器模拟输出信号，导致传输易受干扰，体积大，成本高，环境适应性差的问题。
6.一方面，本发明实施例提供了一种伺服机构输出轴偏转角度获取方法，包括：读取角度存储器中保存的所述伺服机构输出轴的初始角度偏转值；获取由霍尔敏感器件感测的伺服机构电机转子的绝对角度值并将其写入所述角度存储器；从所述角度存储器中读出所述绝对角度值，并根据所述电机转子的转动圈数信息计算得到所述电机转子的实际角度值，将所述实际角度值写入所述角度存储器；从所述角度存储器中读出所述实际角度值，并根据所述初始角度偏转值和所述电机转子与所述输出轴之间的传动比例计算得到所述输出轴的实时角度偏转值。
7.在本发明的一个实施例中，所述获取由霍尔敏感器件感测的伺服机构电机转子的绝对角度值并将其写入所述角度存储器，包括：在所述电机转子运行后，根据预设时间间隔
连续获取多个所述绝对角度值并分别写入所述角度存储器。
8.在本发明的一个实施例中，所述伺服机构输出轴偏转角度获取方法还包括：将计算得到的每个所述实时角度偏转值写入所述角度存储器中作为所述伺服机构下一次上电时的备份初始角度偏转值。
9.在本发明的一个实施例中，在所述读取角度存储器中保存的所述伺服机构输出轴的初始偏转角度值之后，所述伺服机构输出轴偏转角度获取方法还包括：识别所述初始偏转角度值是否为所述输出轴的当前角度偏转值，若识别结果为是，则执行后续步骤，若识别结果为否，则依次识别所述备份初始角度偏转值直至所述识别结果为是。
10.另一方面，本发明实施例提出一种伺服机构输出轴偏转角度获取装置，包括：初始角度偏转值读取模块，用于读取角度存储器中保存的所述伺服机构输出轴的初始偏转角度值；绝对角度值获取模块，用于获取由霍尔敏感器件感测的电机转子绝对角度值并将其写入所述角度存储器；实际角度值计算模块，用于从所述角度存储器中读出所述绝对角度值，并根据所述电机转子的转动圈数信息计算得到所述电机转子的实际角度值，将所述实际角度值写入所述角度存储器；实时偏转角度值得到模块，用于从所述角度存储器中读出所述实际角度值，并根据所述初始角度偏转值和所述电机转子与所述输出轴之间的传动比例计算得到所述输出轴的实时角度偏转值。
11.在本发明的一个实施例中，所述绝对角度值获取模块具体用于：在所述电机转子运行后，根据预设时间间隔连续获取多个所述绝对角度值并分别写入所述角度存储器。
12.在本发明的一个实施例中，所述伺服机构输出轴偏转角度获取装置还包括：实时角度偏转值写入模块，用于将计算得到的每个所述实时角度偏转值写入所述角度存储器中作为所述伺服机构下一次上电时的备份初始角度偏转值。
13.再一方面，本发明实施例提出一种伺服机构输出轴偏转角度获取系统，包括：可编程逻辑器件和连接所述可编程逻辑器件的存储器，其中，所述可编程逻辑器件用于执行上述中任意一个实施例所述的伺服机构输出轴偏转角度获取方法。
14.在本发明的一个实施例中，所述伺服机构输出轴偏转角度获取系统还包括：控制驱动板、伺服电机、霍尔敏感器件、感应磁块、伺服机构减速器和联动结构；所述可编程逻辑器件和所述存储器设置于所述控制驱动板上，所述伺服电机的电机转子一侧通过传动机构连接所述输出轴，另一侧设置有所述感应磁块，所述霍尔敏感器件固定于所述控制驱动板上且与所述感应磁块相对设置，用于感测所述电机转子的偏转角度，所述伺服机构减速器通过所述输出轴连接所述联动结构。
15.又一方面，本发明实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如上述中任意一个实施例所述的伺服机构输出轴偏转角度获取方法。
16.由上可知，通过本发明所构思的上述方案与现有技术相比，可以具有如下一个或多个有益效果：
17.(1)通过霍尔敏感器件非接触式敏感伺服电机转子上的磁通量变化，能够得到绝对式的电机转子角度值，由数字控制电路对电机转子角度值进行调理计算，实现准确测量伺服机构输出轴的偏转角度，相比于现有伺服机构采用接触式导电塑料角度传感器模拟输出信号的方案，能够避免高过载冲击条件下结构变形导致机构故障的风险，抗信号干扰能
力增强，数字信号传输降低印制板绘制工艺要求，节省成本；
18.(2)通过在预设时间间隔连续获取多个绝对角度值并分别写入角度存储器，能够控制获得高分辨率的角度值，并且分别计算得到的输出轴偏转角度值写入角度存储器，每个过程量都能够作为系统异常断电、上电复位的角度反馈依据；
19.(3)将感应磁块和霍尔敏感器件分别安装在电机转子和控制驱动板上，取消传统角度传感器的结构形式，极大的减少了伺服机构空间体积需求，可编程逻辑器件与存储器和霍尔敏感器件通过总线通信，数字信号传输降低了印制板绘制工艺要求，并且可与伺服机构其他功能模块复用，降低成本，角度反馈响应特性可人为设置满足不同型号伺服机构。
20.通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面的特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
21.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
22.图1为本发明实施例提供的伺服机构输出轴偏转角度获取方法的流程图；
23.图2为本发明实施例提供的角度敏感执行电路的结构示意图；
24.图3为本发明实施例提供的角度存储执行电路的结构示意图；
25.图4为本发明实施例提供的可编程逻辑器件执行电路引脚图；
26.图5为本发明实施例提供的伺服机构输出轴偏转角度获取方法的具体执行步骤示意图；
27.图6为本发明实施例提供的伺服机构输出轴偏转角度获取装置的一种结构示意图；
28.图7为本发明实施例提供的伺服机构输出轴偏转角度获取装置的另一种结构示意图；
29.图8为本发明实施例提供的伺服机构输出轴偏转角度获取系统的一种结构示意图；
30.图9为本发明实施例提供的伺服机构输出轴偏转角度获取系统的又一种结构示意图；
31.图10为本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图。
32.附图标记说明
33.s11至s14：伺服机构输出轴偏转角度获取方法的步骤；
34.20：伺服机构输出轴偏转角度获取装置；201：初始角度偏转值读取模块；202：绝对角度值获取模块；203：实际角度值计算模块；204：实时偏转角度值得到模块；205：实时角度偏转值写入模块；
35.30：伺服机构输出轴偏转角度获取系统；31：可编程逻辑器件；32：存储器；33：控制驱动板；34：伺服电机；35：霍尔敏感器件；36：感应磁块；37：伺服机构减速器；38：联动结构；
36.40：计算机可读存储介质。
具体实施方式
37.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来说明本发明。
38.为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，都应当属于本发明的保护范围。
39.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外。术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备国有的其它步骤或单元。
40.还需要说明的是，本发明中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。
41.【第一实施例】
42.如图1所示，本发明第一实施例提出一种伺服机构输出轴偏转角度获取方法，包括如下步骤：步骤s11读取角度存储器中保存的所述伺服机构输出轴的初始角度偏转值；步骤s12获取由霍尔敏感器件感测的伺服机构电机转子的绝对角度值并将其写入所述角度存储器；步骤s13从所述角度存储器中读出所述绝对角度值，并根据所述电机转子的转动圈数信息计算得到所述电机转子的实际角度值，将所述实际角度值写入所述角度存储器；步骤s14从所述角度存储器中读出所述实际角度值，并根据所述初始角度偏转值和所述电机转子与所述输出轴之间的传动比例计算得到所述输出轴的实时角度偏转值。
43.在步骤s11中，例如由伺服机构的可编程逻辑器件读取角度存储器中保存的初始角度偏转值，该初始角度偏转值为伺服机构上一次断电时保存的输出轴角度偏转值。提到的可编程逻辑器件为fpga(field programmable gate array)，其型号例如为xc6slx100，提到的角度存储器为dram(dynamic random
‑
access memory，动态随机存取内存)存储器，其型号例如为m25h10。
44.在步骤s12中，例如由霍尔敏感器件感测伺服机构电机转子上的磁通量变化，以获得电机转子的绝对角度值，该霍尔敏感器件的型号例如为tle5012b，其具体的角度敏感执行电路示意图如图2所示。举例而言，电机转子转动一周的角度值区间为0～360度，对应于霍尔敏感器件感测的不同磁通量大小，无论电机转动多少周，霍尔敏感器件仅感测得到不满一周部分的角度值，即绝对角度值。承上述，霍尔敏感器件通信连接至可编程逻辑器件，将感测的绝对角度值发送至该可编程逻辑器件，由可编程逻辑器件将接收到的绝对角度值存入角度存储器。
45.进一步的，在电机转子上电运行后，可编程逻辑器件例如根据预设时间间隔连续获取多个绝对角度值并将其分别写入角度存储器，具体的角度存储执行电路示意图如图3所示。在一个实时方式中，可编程逻辑器件获取绝对角度值的预设时间间隔例如为50us，如图4所示为可编程逻辑器件执行电路引脚图。当然，在本发明的其它实施方式中，预设时间
间隔也可以为用户设置的其它时间，本发明并不以此为限制。
46.在步骤s13中，例如由可编程逻辑器件从角度存储器中读出电机转子的绝对角度值，并根据电机转子的转动圈数信息计算得到所电机转子的实际角度值，举例而言，可编程逻辑器件读出电机转子转动多圈过程中的多个绝对角度值，根据同一绝对角度值出现次数判断得到电机转动圈数，则可以计算得出实际角度值＝电机转动圈数
×
360度+绝对角度值。承上述，可编程逻辑器件将调理计算得到的实际角度值写入角度存储器中。
47.在步骤s14中，例如由可编程逻辑器件从角度存储器中读出电机转子的实际角度值，并根据伺服机构输出轴的初始角度偏转值和电机转子与该输出轴之间的传动比例计算得到所述输出轴的实时角度偏转值，举例而言，传动比例系数为a，则输出轴的实时角度偏转值＝a
×
实际角度值+初始角度偏转值。
48.如此一来，霍尔敏感器件非接触式敏感伺服电机转子上的磁通量变化，能够得到绝对式的电机转子角度值，由数字控制电路对电机转子角度值进行调理计算，实现准确测量伺服机构输出轴的偏转角度，相比于现有伺服机构采用接触式导电塑料角度传感器模拟输出信号的方案，能够避免高过载冲击条件下结构变形导致机构故障的风险，抗信号干扰能力增强，数字信号传输降低印制板绘制工艺要求，节省成本。
49.进一步的，由于可编程逻辑器件在预设的时间间隔连续采样多个绝对角度值，分别计算得到对应的电机转子实际角度值，相应的，将其从角度存储器中读出后也可以计算出对应时间节点的输出轴实时角度偏转值，将该不同时间节点的实时角度偏转值分别写入角度存储器中，能够作为伺服机构异常断电、上电复位等情况下的角度反馈依据。
50.进一步的，如图5所示，在步骤s11可编程逻辑器件读取角度存储器中保存的伺服机构输出轴的初始偏转角度值之后，例如还包括：识别读取的初始偏转角度值是否为输出轴的当前角度偏转值，该输出轴的当前角度偏转值可根据电机转子的当前角度值计算转换得到，具体可参考上述步骤是1至s14所述，在此不再赘述；若识别结果为是，则执行后续步骤s12至s14，若识别结果为否，则依次识别备份初始角度偏转值直至所述识别结果为是，以保证后续获取输出轴的实时角度偏转值的准确性。
51.除此之外，可编程逻辑器件在将霍尔敏感器件感测的电机转子绝对角度值和计算得到的点击转子实际角度值写入角度存储器或从角度存储器中读出之前还需要进行状态校验判断。
52.综上所述，本发明实施例提出的一种伺服机构输出轴偏转角度获取方法，通过霍尔敏感器件非接触式敏感伺服电机转子上的磁通量变化，能够得到绝对式的电机转子角度值，由数字控制电路对电机转子角度值进行调理计算，实现准确测量伺服机构输出轴的偏转角度，相比于现有伺服机构采用接触式导电塑料角度传感器模拟输出信号的方案，能够避免高过载冲击条件下结构变形导致机构故障的风险，抗信号干扰能力增强，数字信号传输降低印制板绘制工艺要求，节省成本；在预设时间间隔连续获取多个绝对角度值并分别写入角度存储器，能够控制获得高分辨率的角度值，并且分别计算得到的输出轴偏转角度值写入角度存储器，每个过程量都能够作为系统异常断电、上电复位的角度反馈依据；将感应磁块和霍尔敏感器件分别安装在电机转子和控制驱动板上，取消传统角度传感器的结构形式，极大的减少了伺服机构空间体积需求，可编程逻辑器件与存储器和霍尔敏感器件通过总线通信，数字信号传输降低了印制板绘制工艺要求，并且可与伺服机构其他功能模块
复用，降低成本，角度反馈响应特性可人为设置满足不同型号伺服机构。
53.【第二实施例】
54.如图6所示，本发明第二实施例提出了一种伺服机构输出轴偏转角度获取装置20，例如包括：初始角度偏转值读取模块201、绝对角度值获取模块202、实际角度值计算模块203和实时偏转角度值得到模块204。
55.其中，初始角度偏转值读取模块201用于读取角度存储器中保存的所述伺服机构输出轴的初始偏转角度值。绝对角度值获取模块202用于获取由霍尔敏感器件感测的电机转子绝对角度值并将其写入所述角度存储器。实际角度值计算模块203用于从所述角度存储器中读出所述绝对角度值，并根据所述电机转子的转动圈数信息计算得到所述电机转子的实际角度值，将所述实际角度值写入所述角度存储器。实时偏转角度值得到模块204用于从所述角度存储器中读出所述实际角度值，并根据所述初始角度偏转值和所述电机转子与所述输出轴之间的传动比例计算得到所述输出轴的实时角度偏转值。
56.进一步的，绝对角度值获取模块202具体用于：在所述电机转子运行后，根据预设时间间隔连续获取多个所述绝对角度值并分别写入所述角度存储器。
57.进一步的，如图7所示，伺服机构输出轴偏转角度获取装置20例如还包括：实时角度偏转值写入模块205，用于将计算得到的每个所述实时角度偏转值写入所述角度存储器中作为所述伺服机构下一次上电时的备份初始角度偏转值。
58.本发明第二实施例公开的伺服机构输出轴偏转角度获取装置20所实现的伺服机构输出轴偏转角度获取方法如前述第一实施例所述，故在此不再进行详细讲述。可选地，第二实施例中的各个模块和上述其他操作或功能分别为了实现第一实施例所述的方法，且本实施例的有益效果同前述第一实施例的有益效果相同，为了简洁，不在此赘述。
59.【第三实施例】
60.如图8所示，本发明第三实施例提出一种伺服机构输出轴偏转角度获取系统30，例如包括：可编程逻辑器件31和连接所述可编程逻辑器件31的存储器32。
61.进一步的，如图9所示，伺服机构输出轴偏转角度获取系统30例如还包括：控制驱动板33、伺服电机34、霍尔敏感器件35、感应磁块36、伺服机构减速器37和联动结构38；所述可编程逻辑器件31和所述存储器32设置于所述控制驱动板33上，所述伺服电机34的电机转子一侧通过传动机构连接所述输出轴，另一侧设置有所述感应磁块36，所述霍尔敏感器件35固定于所述控制驱动板33上且与所述感应磁块6相对设置，用于感测所述电机转子的偏转角度，所述伺服机构减速器37通过所述输出轴连接所述联动结构38。
62.其中，所述可编程逻辑器件31用于实现如第一实施例中所述的伺服机构输出轴偏转角度获取方法。具体的伺服机构输出轴偏转角度获取方法可参考第一实施例所述的方法，为了简洁在此不再赘述，且本实施例提出的伺服机构输出轴偏转角度获取系统30的有益效果与第一实施例提出的伺服机构输出轴偏转角度获取方法的有益效果相同。
63.【第四实施例】
64.如图10所示，本发明第四实施例提出一种计算机可读存储介质40，计算机可读存储介质40为非易失性存储器且存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，例如使得所述一个或多个处理器执行前述第一实施例所述的伺服机构输出轴偏转角度获取方法。具体方法可参考第一实施例所述的方法，为了简洁在此不再赘述，
且本实施例提供的计算机可读存储介质40的有益效果同第一实施例提供的伺服机构输出轴偏转角度获取方法的有益效果相同。
65.此外，可以理解的是，前述各个实施例仅为本发明的示例性说明，在技术特征不冲突、结构不矛盾、不违背本发明的发明目的前提下，各个实施例的技术方案可以任意组合、搭配使用。
66.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和/或方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多路单元或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
67.所述作为分离部件说明的单元/模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元/模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多路网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元/模块来实现本实施例方案的目的。
68.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个处理单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元/模块集成在一个单元/模块中。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元/模块的形式实现。
69.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。