专利名称：伺服机归零校正方法
技术领域：
本发明涉及一种伺服机，特别涉及一种不需外加检测器件的伺服机归零 校正方法。
背景技术：
参阅图1所示，伺服机1包含伺服马达2及被伺服马达2驱动的运动件 3。伺服机1必须经过校正，以使伺服马达2每一次的输出都可以驱动运动 件3到达预定的位置或转动至预定角度。
不论伺服机1为线性输出或是转动输出，运动件3都会具有两个极限位 置，位于运动路径的两端。如果运动件3的运动路径为线性路径，则两个极 限位置之间为运动件3可移动的最大距离。若运动件3的运动路径为转动， 则两个极限位置为运动件3正转及反转的最大角度。
在进行伺服机1校正归零动作时，极限位置上必须设置感应器或极限开 关等检测器件4，以回传中断触发信号供控制端判断运动件3是否到达极限 位置。当伺服马达2驱动运动件3到达极限位置，而接触检测器件4之后， 检测器件4发出中断触发信号至控制端，使控制端停止伺服马达2的动作， 同时记录此时的马达坐标值及对应极限位置的实际坐标值。接着伺服马达2 再驱动运动件3移动至另一极限位置，接触另一检测器件4后，使伺服马达 2再度停止，并记录此时的马达坐标值及对应另一极限位置的实际坐标值。 伺服马达2在输出转动的过程中，可将输出轴相对于预设中心点的旋转角度 回馈至控制端，此转动角度即为马达坐标值。两个极限位置之间的实际移动 量(移动距离或是旋转角度)也可以由伺服机l的设计参数中取得，也就是 说运动件2的可移动范围是在伺服机1设计过程中就被决定。如此一来就可 以通过两个极限位置的实际坐标值及对应的马达坐标值，换算伺服马达2运 动量所对应的运动件3移动量，而进一步取得马达坐标与实际坐标的关系函 数，以将马达坐标映射至运动件的实际坐标。之后伺服马达2只要回馈马达坐标，控制端即可换算出运动件3的实际坐标。
然而，前述的归零校正方法中，必须使用检测器件4来判断伺服机1的
运动件3是否位移至极限位置，以计算伺服机1的最大运动量。检测器件4 的设置增加了伺服机l的元件数量，提升制造成本。同时在空间有限的伺服 机1中设置检测器件4具有施工难度，产生伺服机1不易装配的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种伺服机归零校正方法，不需要外加检测 器件，就可以进行伺服机的归零校正，简化了伺服机的结构，并降低制造成 本。
伺服机包含伺服马达及运动件，运动件被伺服马达驱动而位移于第一极 限位置及第二极限位置之间，且运动件的运动路径构成实际坐标，伺服马达 的运动量及运动方向构成马达坐标。依据本发明提供的伺服机归零校正方 法，以低转速模式驱动伺服马达，以驱动运动件往第一极限位置的方向移动， 同时，持续检测伺服马达的马达控制能量是否超过第一阈值。当运动件到达 第一极限位置，马达控制能量被提升超过第一阈值，此时即可取得对应该第 一极限位置的马达坐标值。接着再以低转速模式驱动伺服马达，驱动运动件 往第二极限位置的方向移动，以相同方式取得对应第二极限位置的马达坐标 值。最后，就可以利用第一极限位置的实际坐标值、第二极限位置的实际坐 标值、对应第一极限位置的马达坐标值、及对应第二极限位置的马达坐标值， 计算马达坐标及实际坐标的换算函数。后续进行伺服机操作时，就可以得知 每一马达坐标所对应的运动件实际坐标。
本发明能够简化伺服机的结构，不需要额外的检测器件确认运动件是否 到达极限位置。通过马达控制能量的检测，就可以检测运动件是否到达极限 位置。
图1为现有技术的伺服机示意图。
图2及图3为应用本发明实施例的伺服机示意图。
图4为本发明实施例中马达坐标及实际坐标的关系示意图。图5为本发明实施例中伺服机的系统方块图。
图6为本发明实施例中马达控制能量的变化示意图。
图7A及图7B为本发明的方法流程图。
其中，附图标记说明如下
现有技术 1伺服机
2伺服马达 3运动件 4检测器件 本发明实施例 100伺服机 110伺服马达 120运动件 130传动装置 150位置感知器 160计数器 170控制器 S 运动路径 S0原点
Sl第一极限位置
S2第二极限位置
C0马达坐标中心点
Cl对应第一极限位置的马达坐标值
C2对应第二极限位置的马达坐标值
S210控制伺服马达转动至位置感知器的中心点，取得初始马达坐标值
S220 移动运动件至实际坐标的原点，连接伺服马达的输出轴
S230以低转速模式驱动伺服马达，驱动运动件往第一极限位置方向移
S240检测马达控制能量是否超过第一阈值 S250取得对应第一极限位置的马达坐标值
6S260以低转速模式驱动伺服马达，将运动件往第二极限位置方向移动 S270检测马达控制能量是否超过第二阈值 S280取得对应第二极限位置的马达坐标值
S290以第一极限位置坐标、第二极限位置坐标、对应的马达坐标值， 计算马达坐标及运动件实际坐标换算函数 S300记录换算函数
具体实施例方式
请参阅图2及图3所示，其为本发明实施例公开的一种伺服机归零校正 方法，用以取得伺服马达110运动量与运动件120移动量的关系，而达成伺 服机100的校正作业。
参阅图2及图3所示，其为两种不同形式的伺服机100的示意图。每一 伺服机100包含伺服马达110及运动件120。伺服马达110用以驱动运动件 120沿着运动路径S移动。此运动路径S可为线性路径，也可以为转动角度。 当运动路径S为线性路径时，伺服马达110的输出轴以螺杆、或皮带等传动 装置130连接运动件120，将伺服马达110的转动输出转换为线性输出，以 驱使运动件120在基座140上进行线性位移。运动件120于基座140移动的 路径，即为运动路径S，如图1所示。当运动路径S为转动角度时，伺服马 达110的输出轴直接连接、或间接通过变速装置连接运动件120，以驱使运 动件120往复转动，运动件120的转动角度即为运动路径S，如图2所示。
参阅图4所示，运动路径S的两个端点为第一极限位置Sl及第二极限 位置S2，运动件120只能移动于第一极限位置Sl及第二极限位置S2之间。 第一极限位置Sl及第二极限位置S2之间的距离，亦即运动路径S的长度， 在伺服机100设计时决定。沿着运动路径S延伸的方向构成一维的坐标系， 用以作为运动件120的实际坐标，实际坐标的单位为线性距离或是角度(视 运动路径S的型态而定)。 一般而言，实际坐标的原点SO位于运动路径S 的中段，运动路径S的大小为(S1-S2)的绝对值。前述SO 、 Sl、 S2为设计参 数，因此可在伺服机100制作完成之后直接由设计参数取得，当然也可以通 过实际量测以取得更精确的实际数值。
参阅图4及图5所示，伺服机100中通常还包含位置感知器150，用以
7检测当前伺服马达iio输出轴的马达坐标值。马达坐标值为伺服马达110当
前的输出轴相对于初始状态所转动的角度及转动方向。也就是说可选定任意
状态作为伺服马达110的初始状态进行伺服机100组装之后，此初始状态的
输出轴角度被定义为马达坐标中心点，亦即马达坐标值为o的状态。在伺服
马达iio输出转动输出之后，输出轴由初始状态到达当前状态所需要转动的
角度为当前的马达坐标值。此马达坐标^:可采用径度、度数、或是自定义单
位，而位置感知器150则用于感知伺服马达110运动并记录运动量，而取得 马达坐标值。位置感知器150通常为旋转编码器，可在伺服马达110转动时 被触发而产生计数信号，记录伺服马达110转动方向及转动的角度。伺服马 达IIO每转动一特定角度后，位置感知器150即可输出一计数信号至控制电 路，使计数器160依据转动方向累加或递减其计数值，此计数值可视为旋转 角度的自定义单位，作为马达坐标的数值。在组装伺服机100时，伺服马达 110的输出轴停留在位置感知器150可检测范围的中心点CO，此状态被定义 马达坐标中心点。将运动件120被移动至实际坐标的原点SO，连接伺服马达 IIO的输出轴。
参阅图5及图6所示，伺服马达110接受马达控制能量后，开始进行转 动输出。马达控制能量通常以脉冲宽度变调信号(Pulse Width Modulation, PWM)的形式输出。PWM信号仅在高电平时使伺服马达110转动，且每一 PWM信号周期仅驱动伺服马达110小角度转动，因此可以取得较为精确的 伺服马达输出量。当伺服马达110以低转速持续转动输出时，且运动件120 不受阻碍而只受到固定摩擦阻力，运动件120持续以定速率移动。此时伺服 马达110的马达控制能量也维持在无负载输出功率。当运动件120受到阻力 时，伺服马达110受到阻力增加时，则马达控制能量大小就会随着阻力上升。 在伺服马达110驱动运动件120移动到达第一极限位置Sl或第二极限位置 S2时，在第一极限位置Sl或第二极限位置S2的结构会阻挡运动件120持 续前进，并回馈阻力至伺服马达110。由于第一极限位置S1或第二极限位置 S2为固定不动的，因此阻力可视为无限大，而使得马达控制功率迅速被提升， 到达最大能量点后略微下降，接着控制器170停止供给能量至伺服马达110。 在此过程中观察位置感知器150读值，^^置感知器的读值也会逐渐上升，而 在马达控制功率迅速被提升的同时停止变化，代表运动件120到达极限位置无法继续前进，此时位置感知器150读值就是对应到极限位置的马达坐标值。
在伺服机100校正过程当中，运动件120并无外力负载，因此只有运动件120 到达第一极限位置Sl或第二极限位置S2时，会使得马达控制能量产生瞬间 突波并停留在最大输出。因此，马达控制能量瞬间提升产生的瞬间突波，可 视为运动件120到达第一、第二极限位置Sl、 S2的信号，回馈至控制器170， 使控制器170停止马达控制能量输出。因此，为了了解伺服马达110是否驱 动运动件120到达第一、第二极限位置Sl、 S2，必须持续监测马达控制能量， 监控马达控制能量是否超过第一阈值或第二阈值。此第一阈值和第二阈值可 为马达控制能量的最大输出，也可为小于最大输出，大于无负载输出功率之 间的数值。
参阅图7A及图7B所示，其为本发明伺服机归零校正方法的流程图。
结合参阅图4、图5、及图6，控制器170先控制伺服马达110转动至位 置感知器150的中心点位置，亦即马达坐标的中心点，见步骤S210。将运动 件120移动至实际坐标的原点S0，连接伺服马达110的输出轴，见步骤S220。
通过控制器170以低转速模式驱动伺服马达110,驱动运动件120往第 一极限位置Sl的方向移动，见步骤S230。在运动件120移动过程中马达控 制能量维持在无负载输出功率，持续检测伺服马达110的马达控制能量是否 超过预设的第一阈值，见步骤S240。若是马达控制能量超过第一阈值，视为 马达控制能量出现瞬间突波，亦即运动件120接触构成第一极限位置Sl的 结构。以此瞬间突波的出现作为中断信号，控制器170停止输出马达控制能 量，而让伺服马达110停止驱动运动件120移动。同时，由位置感知器150 取得对应第一极限位置Sl的马达坐标值Cl ，见步骤S250。
接着，再通过控制器170以低转速模式驱动伺服马达110，驱动运动件 120往第二极限位置S2的方向移动，见步骤S260。同样地在运动件120的 移动过程中，持续检测伺服马达110的马达控制能量是否超过第二阈值，以 判断运动件120是否到达第二极限位置S2，见步骤S270。当到达运动件到 达第二极限位置S2之后，控制器170停止输出马达控制能量，而让伺服马 达110停止驱动运动件120。同时由位置感知器150取得对应第二极限位置 S2的马达坐标值C2，见步骤S280。
接着进行比例换算，以第一极限位置Sl的实际坐标值、第二极限位置S2的实际坐标值、对应的马达坐标值C1、 C2，计算马达坐标及运动件120 位置的实际坐标换算函数，见步骤S290。记录换算函数，见步骤S300，完 成校正。之后只要由位置感应器150取得马达坐标值，将马达坐标值代入换 算函数中，即可取得运动件120位置的实际坐标。
在归零校正作业中，必须在运动件120到达第一、第二极限位置S1、 S2 的时刻，停止伺服马达110的运转，并取得马达坐标值，因此需要检测运动 件120是否到达第一、第二极限位置S1、 S2。本发明不利用额外设置于伺服 机100的检测器件来检测运动件120是否到达极限第一、第二极限位置Sl、 S2，而是直接检测由控制端对伺服马达110输出的马达控制能量的变化。以
马达控制能量是否突破预设阈值来判断马达控制能量的输出是否出现瞬间 突波，以确认运动件120到达第一、第二极限位置S1、 S2的时机。伺服机 100内部不需要增加检测器件，减少伺服机100的零件数，降低元件安装时 的难度，更减少了伺服机100的生产成本。
权利要求
1、一种伺服机归零校正方法，其中该伺服机包含伺服马达及运动件，该运动件被该伺服马达驱动而位移于第一极限位置及第二极限位置之间，且该运动件的运动路径构成实际坐标，该伺服马达的运动量及运动方向构成马达坐标，该方法包含下列步骤以低转速模式驱动该伺服马达，驱动该运动件往该第一极限位置的方向移动；持续检测该伺服马达的马达控制能量是否超过第一阈值；当该马达控制能量超过该第一阈值，取得对应该第一极限位置的马达坐标值；以低转速模式驱动该伺服马达，驱动该运动件往该第二极限位置的方向移动；持续检测该伺服马达的马达控制能量是否超过第二阈值；当该马达控制能量超过该第二阈值，取得对应该第二极限位置的马达坐标值；及以该第一极限位置的实际坐标值、该第二极限位置的实际坐标值、对应该第一极限位置的马达坐标值、及对应该第二极限位置的马达坐标值，计算该马达坐标及该实际坐标的换算函数。
2、 如权利要求1所述的伺服机归零校正方法，其中还包含一步骤，先 控制伺服马达转动至该马达坐标的中心点，并移动该运动件至实际坐标的原 点，以连接该伺服马达的输出轴。
3、 如权利要求1所述的伺服机归零校正方法，其中该实际坐标的单位 为线性距离或是角度。
4、 如权利要求1所述的伺服机归零校正方法，其中该马达控制能量以 脉冲宽度变调信号的形式输出。
5、 如权利要求1所述的伺服机归零校正方法，其中该低转速模式的马 达控制能量为无负载输出功率，该运动件接触该第一极限位置及该第二极限 位置的马达控制功率提升为最大输出。
6、 如权利要求5所述的伺服机归零校正方法，其中该第一阈值和该第 二阈值大于该最大输出。
7、如权利要求5所述的伺服机归零校正方法，其中该第一阈值和该第 二阈值大于该无负载输出功率，且小于该最大输出功率。
全文摘要
依据本发明的一种伺服机归零校正方法，其以低转速模式驱动伺服马达，以驱动运动件分别往第一极限位置及第二极限位置的方向移动。在运动件移动过程中持续检测伺服马达的马达控制能量是否超过第一阈值或第二阈值。运动件到达第一或第二极限位置时，马达控制能量被提升超过第一阈值或第二阈值，此时即可取得对应该第一或第二极限位置的马达坐标值。最后，就可以利用第一极限位置的实际坐标值、第二极限位置的实际坐标值、对应第一极限位置的马达坐标值、及对应第二极限位置的马达坐标值，计算马达坐标及实际坐标的换算函数。本发明能够简化伺服机的结构，而不需要额外的检测器件确认运动件是否到达极限位置。
文档编号G05B19/406GK101667029SQ20081021345
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月4日 优先权日2008年9月4日
发明者洪士哲, 黎永昇 申请人:微星科技股份有限公司