一种测量装置以及测量方法与流程

本申请涉及电子设备技术领域，具体而言，涉及一种测量装置以及测量方法。

背景技术：

目前用于测量某装置、器件转动角度的产品有很多，普遍采用电机+编码器的组合或者直接购买带角度反馈的电机模组来实现转动角度的采集，但是上述的两种方案成本较高，且较为复杂。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种测量装置以及测量方法，以改善“目前用于测量某装置、器件转动角度的产品存在方案成本较高，且较为复杂”的问题。

本发明是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种测量装置，应用于转动机构上，所述转动机构包括转动轴，所述测量装置包括：电位器，所述电位器包括转轴，所述电位器的转轴与所述转动轴共轴连接；测量板，所述测量板与所述电位器电连接，所述测量板用于测量所述电位器的电阻值，并根据所述电阻值计算所述转动机构的转动角度。

在本申请中，将电位器的转轴与转动轴共轴连接，通过测量板测量电位器的电阻值的变化量，并根据该电阻值的变化量便可计算出转动机构的转动角度。该方案相比于现有技术，结构简单，计算转动角度的方式简单，且经济成本低。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述电位器包括第一输出端以及第二输出端，所述测量板分别与所述第一输出端以及所述第二输出端电连接。

在本申请中，测量板分别连接电位器的第一输出端以及第二输出端，便于获取电位器的电阻值。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述测量板集成有控制器、第一检测电路以及第二检测电路，所述控制器分别与所述第一检测电路以及第二检测电路电连接，所述第一检测电路还与所述第一输出端电连接，所述第二检测电路还与所述第二输出端电连接。

在本申请中，通过第一检测电路以及第二检测电路方便对电位器阻值的测量。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述第一检测电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的同向输入端与所述电位器的第一输出端电连接，所述第一运算放大器的输出端与所述控制器的第一端电连接，所述第一运算放大器的反向输入端与所述第一运算放大器的输出端电连接。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述第二检测电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的同向输入端与所述电位器的第二输出端电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述控制器的第二端电连接，所述第二运算放大器的反向输入端与所述第二运算放大器的输出端电连接。

结合上述第一方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述测量装置还包括齿轮，所述齿轮设置在所述转动轴与所述电位器的转轴之间。

在本申请中，通过在转动机构的转动轴与电位器的转轴之间设置一合适规格的齿轮，进而改变了转动机构的转动轴与电位器的转轴之间的传动比，使得电位器的转轴的转动量程大于等于所述转动机构的转动轴的转动角度，保证了测量装置的正常使用。

第二方面，本申请实施例提供一种测量方法，应用于如上述第一方面和/或结合上述第一方面提供的技术方案中的任一种可能实现方式的测量装置中，所述方法包括：获取所述转动机构的转动轴在前一转动位置时，所述电位器对应的第一阻值以及当所述转动机构的转动轴转动到当前转动位置时，所述电位器对应的第二阻值；基于所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，得到所述电位器的转动角度；基于所述电位器的转动角度，得到所述转动机构的转动角度。

在本申请中，通过获取所述转动机构的转动轴在前一转动位置时，所述电位器对应的第一阻值以及当所述转动机构的转动轴转动到当前转动位置时，所述电位器对应的第二阻值；基于所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，得到所述电位器的转动角度；基于所述电位器的转动角度，得到所述转动机构的转动角度。相比于现有技术，该测量转动机构的转动角度的方法简单，且经济成本低。

结合上述第二方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述基于所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，得到所述电位器的转动角度包括：获取所述转动机构的转动轴从第一端转动到第二端时，所述第一端对应的所述电位器的第三阻值以及所述第二端对应的所述电位器的第四阻值；获取所述电位器的有效量程；其中，所述有效量程表示所述转动机构的转动轴从第一端转动到第二端时，所述电位器转动的角度范围；基于所述电位器的第三阻值、第四阻值，所述电位器的有效量程以及所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，得到所述电位器的转动角度。

结合上述第二方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，所述基于所述电位器的转动角度，得到所述转动机构的转动角度的计算公式为：其中z表示转动机构的转动角度，b表示所述电位器的有效量程，r3表示第三阻值，r4表示第四阻值，f表示所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量。

结合上述第二方面提供的技术方案，在一些可能的实现方式中，在所述测量装置包括设置在所述转动轴与所述电位器的转轴之间的齿轮时，所述获取所述电位器的有效量程，包括：基于所述转动轴与所述电位器的转轴之间的传动比获取所述电位器的有效量程；相应的，所述基于所述电位器的转动角度，得到所述转动机构的转动角度，包括：基于所述电位器的转动角度以及所述传动比，得到所述转动机构的转动角度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种测量装置的模块框图。

图2为本申请实施例提供的一种安装在转动机构上的电位器的结构示意图。

图3为本申请实施例提供的第一检测电路的电路示意图。

图4为本申请实施例提供的第二检测电路的电路示意图。

图5为本申请实施例提供的控制器的电路示意图。

图6为本申请实施例提供的一种测量方法的步骤流程图。

图7为本申请实施例提供的一种得到电位器的转动角度的步骤流程图。

图标：100-测量装置；101-电位器；102-测量板；200-转动机构；201-主体；202-转动轴。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

随着目前产品的智能化，越来越多的设备可自动调节角度位置，比如一些智能机器人可以自动调节显示屏幕的角度，显示屏幕连接有转动轴，通过转动转动轴进而调节显示屏幕的角度，但是目前用于测量这些转动机构转动角度的产品普遍采用电机+编码器的组合或者直接购买带角度反馈的电机模组来实现转动角度的采集，这两种方案成本较高，且较为复杂。

鉴于上述问题，本申请发明人经过研究探索，提出以下实施例以解决上述问题。

请参考图1以及图2，本申请实施例提供一种测量装置100，包括电位器101以及测量板102。其中，电位器101包括转轴，电位器101与测量板102电连接。

该测量装置100应用于转动机构200上，用于测量转动机构200的转动角度。具体的，该转动机构200包括主体201以及与主体201固定连接的转动轴202。其中转动机构200可以是机器人，则主体201可以是机器人的显示屏幕、或者是机器人的身体组件(比如手臂)，当然，转动机构200还可以是其他的任意的可以转动的器件，本申请不作限定。转动机构200通过转动轴202的转动进而调节主体201的角度。

于本申请中，电位器101的转轴与转动轴202共轴连接，转动轴202的转动可以带动电位器101的转轴的转动。与电位器101连接的测量板102用于测量电位器101的电阻值的变化量，并且根据该电阻值的变化量计算得到转动机构200的转动角度。

在本申请实施例中，将电位器101的转轴与转动轴202共轴连接，通过测量板102测量电位器101的电阻值的变化量，并根据该电阻值的变化量便可计算出转动机构200的转动角度。该方案相比于现有技术，结构简单，计算转动角度的方式简单，且经济成本低。

需要说明的是，由于电位器101的转轴与转动轴202共轴连接，在不增添任何其他器件的情况下，电位器101的转轴与转动轴202的传动比为1，即转动轴202转动10°，则电位器101的转轴转动10°。若要保证测量装置的正常使用，需要满足电位器101的转轴的转动量程大于等于所述转动机构200的转动轴202的可转动角度。其中，转轴的转动量程为转轴从一极端转动到另一极端的范围，而转动轴202的可转动角度为转动轴202从一极端转动到另极端的角度。若转动机构200的转动轴202的可转动角度大于电位器101的转轴的转动量程，则无法满足电位器101的测量需求。但在一些可能的情况下，转动机构200的转动轴202的可转动角度可能会大于电位器101的转轴的转动量程，因此，为了保证测量装置100的正常使用，于本申请实施例中，该测量装置100还包括齿轮。齿轮设置在转动机构200的转动轴202与电位器101的转轴之间，通过齿轮的添加可以改变电位器101的转轴与转动机构200的转动轴202的传动比。比如添加合适规格的齿轮改变电位器101的转轴与转动机构200的转动轴202的传动比，以使转动轴202转动10°时，电位器101的转轴转动5°。需要说明的是，对于不同的转动机构200，当转动机构200的转动轴202的可转动角度大于电位器101的转轴的转动量程时，所选取的齿轮的规格是不同的，技术人员可以根据实际需求选取对应规格的齿轮，对此，本申请不作限定。

在本申请实施例中，通过在转动机构200的转动轴202与电位器101的转轴之间设置一合适规格的齿轮，进而改变了转动机构200的转动轴202与电位器101的转轴之间的传动比，使得电位器101的转轴的转动量程大于等于转动机构200的转动轴202的可转动角度。保证了测量装置100的正常使用。

可选地，该电位器101包括第一输出端以及第二输出端，测量板102分别与该第一输出端以及第二输出端连接。

下面对测量板102的具体结构进行说明，本申请实施例提供的测量板102集成有控制器、第一检测电路以及第二检测电路。

该控制器分别与第一检测电路以及第二检测电路电连接，该第一检测电路还与电位器的第一输出端连接，该第二检测电路还与电位器的第二输出端连接。

可选地，请参阅图3，本申请实施例提供一种第一检测电路，包括第一运算放大器(u11)，第一运算放大器(u11)的同向输入端(引脚3)与所述电位器的第一输出端(p10)电连接，所述第一运算放大器(u11)的输出端(引脚1)与所述控制器的第一端电连接，所述第一运算放大器(u11)的反向输入端(引脚4)与所述第一运算放大器(u11)的输出端(引脚1)电连接。

可选地，该第一检测电路还包括第一电阻(r31)、第二电阻(r29)以及第一电容(c49)。该第一电阻(r31)的一端与电位器的第一输出端(p10)电连接，该第一电阻(r31)的另一端接地。该第二电阻(r29)的一端与电位器的第一输出端(p10)电连接，该第二电阻(r29)的另一端与第一运算放大器(u11)的同向输入端(引脚3)电连接。该第一电容(c49)的一端与第二电阻(r29)的另一端连接，该第一电容(c49)的另一端接地。需要说明的，对于第一电阻(r31)的阻值、第二电阻(r29)的阻值、第一电容(c49)容值本申请均不作限定。当然对于第一电阻(r31)、第二电阻(r29)以及第一电容(c49)的数量本申请也不作限定。

可选地，该第一运算放大器(u11)还包括电源端(引脚5)以及接地端(引脚2)。第一运算放大器(u11)的电源端(引脚5)连接5v电源、第一运算放大器(u11)的接地端(引脚2)接地。

可选地，请参阅图4，本申请实施例提供一种第二检测电路，包括第二运算放大器(u12)，第二运算放大器(u12)的同向输入端(引脚3)与所述电位器的第二输出端(p11)电连接，所述第二运算放大器(u12)的输出端(引脚1)与控制器的第二端电连接，第二运算放大器(u12)的反向输入端(引脚4)与第二运算放大器(u12)的输出端(引脚1)电连接。

可选地，该第二检测电路还包括第三阻值(r32)、第四阻值(r30)以及第二电容(c50)。该第三阻值(r32)的一端与电位器的第二输出端(p11)电连接，该第三阻值(r33)的另一端接地。该第四阻值(r30)的一端与电位器的第二输出端(p11)电连接，该第四阻值(r30)的另一端与第二运算放大器(u12)的同向输入端(引脚3)电连接。该第二电容(c50)的一端与第四阻值(r30)的另一端连接，该第二电容(c50)的另一端接地。需要说明的，对于第三阻值(r32)的阻值、第四阻值(r30)的阻值、第二电容(c50)容值本申请均不作限定。当然对于第三阻值(r32)、第四阻值(r30)以及第二电容(c50)的数量本申请也不作限定。

可选地，该第二运算放大器(u12)还包括电源端(引脚5)以及接地端(引脚2)。第二运算放大器(u12)的电源端(引脚5)连接5v电源、第二运算放大器(u12)的接地端(引脚2)接地。

于本申请实施例中，上述的第一运算放大器(u11)以及第二运算放大器(u12)的型号均为tlv2372idbv。当然，在其他实施例中，上述的运算放大器还可以是tlv2381系列或者是tlv2401系列。对此，本申请不作限定。

请参阅图5，图5为本申请实施例提供的控制器(u2)的电路示意图。该控制器(u2)通过io端口与第一检测电路以及第二检测电路实现数据的传输。具体的，控制器(u2)的第一端口(pc0)与第一检测电路电连接(即通过图3以及图5标示的ad_pt100_1进行连接)。控制器(u2)的第二端口(pc1)与第二检测电路电连接(即通过图4以及图5标示的ad_pt100_2进行连接)。

于本申请实施例中，控制器(u2)的型号为stm32f103rb。当然在其他实施例中，控制器(u2)还可以选用stm32系列中其他型号的单片机，控制器(u2)还可以选用8051系列的单片机。当然，上述的控制器(u2)还可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

基于同一发明构思，请参阅图6，本申请实施例中还提供一种测量方法，应用于上述测量装置中的控制器中。该方法包括：步骤s101-步骤s103。

步骤s101：获取所述转动机构的转动轴在前一转动位置时，所述电位器对应的第一阻值以及当所述转动机构的转动轴到当前转动位置时，所述电位器对应的第二阻值。

本申请实施例所提供的测量方法，主要用于测量转动机构的转动角度，也即测量转动机构从前一转动位置，转动到当前位置时，转动机构的转动角度。而本申请是通过与转动机构的转动轴共轴连接的电位器在转动过程中的电阻阻值变化来计算转动机构的转动角度，因此，控制器首先会获取转动机构的转动轴在前一转动位置时，电位器对应的第一阻值以及当转动机构的转动轴转动到当前转动位置时，电位器对应的第二阻值。

步骤s102：基于所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，得到所述电位器的转动角度。

需要说明的是，电位器的转轴与转动轴共轴连接，转动轴的转动可以带动电位器的转轴的转动。而电位器的转轴处于不同角度对应的电位器的阻值不同，因此，本申请通过电位器的阻值变化，也即通过第一阻值变化到第二阻值的变化量，进而可以得到转动机构的转动角度。

请参阅图7，可选地，基于所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，得到所述电位器的转动角度，包括：步骤s201-步骤s203。

步骤s201：获取所述转动机构的转动轴从第一端转动到第二端时，所述第一端对应的所述电位器的第三阻值以及所述第二端对应的所述电位器的第四阻值。

需要说明的说，上述的转动轴的第一端以及第二端是转动轴所能转到的两个极端。也即转动机构的转动轴的可转动角度为转动轴从第一端转动到第二端的角度。

该步骤用于获取转动机构的转动轴处于第一端时，电位器的第三阻值以及获取转动机构的转动轴处于第二端时，电位器的第四阻值。

步骤s202：获取所述电位器的有效量程。

其中，有效量程表示转动机构的转动轴从第一端转动到第二端时，电位器的转轴转动的范围。

需要说明的是，若要保证测量装置的正常使用，需要满足电位器的转轴的转动量程大于等于所述转动机构的转动轴的转动角度。而通常情况下，电位器的转轴的转动量程大于等于所述转动机构的转动轴的转动角度，当电位器的转轴与转动轴直接连接时，电位的转轴与转动轴的传动比为1，此时，转动机构的转动轴的可转动角度即为该电位器的有效量程。比如转动机构的转动轴的转动角度是80°，即转动机构的转动轴的从第一端转动到第二端的角度为80°，则该电位器的有效量程为80°。

步骤s203：基于所述电位器的第三阻值、第四阻值，所述电位器的有效量程以及所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，得到所述电位器的转动角度。

然后，基于电位器的第三阻值、第四阻值，所述电位器的有效量程以及所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，便可得到所述电位器的转动角度，具体的计算公式为：其中，x表示电位器的转动角度，b表示电位器的有效量程，r3表示第三阻值，r4表示第四阻值，f表示所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，即f＝|r1-r2|；其中r1表示第一阻值，r2表示第二阻值；需要说明的是，在计算过程中，f为第一阻值与第二阻值差值的绝对值。

步骤s103：基于所述电位器的转动角度，得到所述转动机构的转动角度。

通过电位器的转动角度，便可得到转动机构的转动角度，具体的计算公式为：其中，z表示转动机构的转动角度，需要说明的是，由于电位的转轴与转动轴的传动比为1，也即转动机构的转动轴的可转动角度即为该电位器的有效量程，因此转动机构的可转动角度y＝电位器的有效量程b，当然，计算转动机构的转动角度的公式也可以写为：

在其他实施例中，上述步骤s201-步骤s203也可以在步骤s101之前执行，也即控制器获取所述转动机构的转动轴在前一转动位置时，所述电位器对应的第一阻值以及当所述转动机构的转动轴到当前转动位置时，所述电位器对应的第二阻值之前，就先获取所述转动机构的转动轴从第一端转动到第二端时，所述第一端对应的所述电位器的第三阻值以及所述第二端对应的所述电位器的第四阻值以及获取所述电位器的有效量程。本申请对此不作限定。

综上，在本申请实施例中，通过获取所述转动机构的转动轴在前一转动位置时，所述电位器对应的第一阻值以及当所述转动机构的转动轴到当前转动位置时，所述电位器对应的第二阻值；基于所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，得到所述电位器的转动角度；基于所述电位器的转动角度，得到所述转动机构的转动角度。相比与现有技术，该测量转动机构的转动角度的方法简单，且经济成本低。

需要说明的是，上述方法实施例适用于当电位器的转轴与转动轴的传动比为1的情况，而在其他可能的情况下，当转动机构的转动轴的可转动角度大于电位器的转轴的转动量程时，为了保证测量装置的正常使用，在转动机构的转动轴与电位器的转轴之间设置齿轮，通过齿轮可以改变转动轴与电位器的转轴之间的传动比。因此，此时电位器的转轴与转动轴的传动比就不再为1了。此时，通过以下步骤计算转动机构的转动角度。

首先，基于所述转动轴与所述电位器的转轴之间的传动比获取所述电位器的有效量程，计算公式为：其中，a表示电位器的转轴与转动轴的传动比(当电位器的转轴与转动轴的传动比为1时，b＝y)。然后同样基于电位器的第三阻值、第四阻值，所述电位器的有效量程以及所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，便可得到所述电位器的转动角度，具体的计算公式为：其中，x表示电位器的转动角度，b表示电位器的有效量程，r3表示第三阻值，r4表示第四阻值，f表示所述第一阻值变化到所述第二阻值的变化量，即f＝|r1-r2|；其中r1表示第一阻值，r2表示第二阻值。最后，根据电位器的转动角度以及电位器的转轴与转动轴的传动比，得到转动机构的转动角度，计算公式为：z＝x*a；由于综上公式，结合可得：

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，又例如，多个单元或组件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通信接口，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。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元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个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。