一种基于弹性部件调制的电磁舵机及其工作方法

本发明涉及电磁舵机，具体涉及一种基于弹性部件的电磁舵机及其工作方法。

背景技术：

1、电磁舵机是一种电动舵机，通过电磁原理控制舵机的运动。电磁舵机通常包含一个电磁线圈和永磁体或其他磁性部件。当线圈通电后，舵机将产生一个包围永磁体或其他磁性部件的磁场，在该磁场作用下，控制该永磁体转动，进而控制舵机部件运动。但是，现有电磁舵机存在无法比例输出，输出不稳定，易受外部扰动等缺点。此外，现有电磁舵机常在机架安装其他小型永磁体，利用此小型磁体吸引与舵机部件相连的永磁体，使舵机断电后动作回中，该方案增加了舵机磁场的复杂性，内扰较大，控制困难。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的电磁舵机只能实输出动作控制，无法实现输出特定行程的问题，本发明的目的在于提供一种基于弹性部件的电磁舵机及其工作方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、在本发明的第一方面，公开了一种基于弹性部件的电磁舵机。

4、具体地说，该电磁舵机包括机架、线圈、磁体和舵机输出部件；

5、所述线圈安装在所述机架上；

6、所述磁体放置在所述线圈围成的空腔内，且与所述舵机输出部件相连；

7、所述舵机输出部件的两端分别通过一弹性部件与所述机架相连。

8、进一步的，所述线圈通电后产生磁场，所述磁体在磁场的作用下产生第一力矩，带动所述舵机输出部件转动，同时带动两个所述弹性部件转动并产生与第一力矩方向相反的第二扭转力矩，当两个力矩平衡时，舵机达到相应的输出行程；通过调节所述线圈的输入电流大小与方向和所述弹性部件的参数，对舵机的输出行程进行调制，实现比例输出；所述线圈断电后，所述弹性部件释放储存的能量，使所述舵机输出部件复位。

9、进一步的，所述磁体的旋转轴与两个弹性部件的旋转轴心共轴设置。

10、进一步的，所述机架包括舵机座以及分别安装在所述舵机座上的线圈安装部件、第一弹性部件安装平台和第二弹性部件安装平台；

11、所述第一弹性部件安装平台和所述第二弹性部件安装平台对称设置在所述线圈安装部件的两侧。

12、进一步的，所述线圈安装部件为空心圆柱；

13、所述线圈缠绕在所述线圈安装部件的外壁上；

14、所述磁体放置在所述线圈安装部件中间的空腔内。

15、进一步的，所述第一弹性部件安装平台上设置有第一轴孔；

16、所述第二弹性部件安装平台上设置有第二轴孔。

17、进一步的，所述磁体为永磁体或电磁体；

18、所述磁体上设置有第三轴孔。

19、进一步的，所述舵机输出部件的两端分别设置有第一连接轴和第二连接轴；

20、所述弹性部件包括连接在所述第一连接轴与所述第一弹性部件安装平台之间的第一弹性部件和连接在所述第二连接轴与所述第二弹性部件安装平台之间的第二弹性部件；

21、所述第一连接轴上设置有第四轴孔，所述第二连接轴上设置有第五轴孔。

22、进一步的，所述弹性部件为扭簧、压弹簧、松紧带中的任意一种。

23、在本发明的第二方面，公开了一种上述电磁舵机的工作方法。

24、具体地说，该方法包括：

25、线圈通电后产生外部磁场，磁体在外部磁场的作用下产生第一扭转力矩，进而带动舵机输出部件转动，同时带动两个弹性部件同步转动并产生与第一扭转力矩方向相反的第二扭转力矩，当两个力矩平衡时，舵机达到相应的输出行程；通过调节线圈的电流大小与方向，实现舵机的输出行程的调节；当线圈停止供电后，外部磁场消失，两个弹性部件释放储存的能量，使舵机输出部件复位。

26、所述通过调节线圈的电流大小与方向，实现舵机的输出行程的调节，包括：

27、s1、获取线圈内的磁感应强度，通过改变线圈电流大小改变磁场强度，进而实现第一扭转力矩大小的改变；电流方向改变后，磁场的n极与s极方向改变，第一扭转力矩方向改变；

28、s2、第二扭转力矩为弹性部件被动扭转时产生的相反力矩，其与舵机输出部件倾转角度有关；确定弹性部件型号后，弹性部件刚度不变，仅弹性部件被动旋转的角度影响第二扭转力矩；当期望旋转角度确定后，即可确定第二扭转力矩，此时通过改变线圈电流大小和方向即可实现舵机行程输出；

29、所述改变线圈电流大小通过对线圈电压控制实现，包括：

30、获取舵机期望动作量，将该倾转角度作为期望角度，同时获取舵机的实际偏转角度，将二者进行求差获得输入偏差量，计算出线圈电压控制量，对线圈电压进行控制，通过控制线圈电压，实现线圈电流大小的改变。

31、和现有技术相比，本发明的优点为：

32、(1)本发明能够解决现有电磁舵机额外使用回中磁体造成电磁舵机控制系统内部扰动大的问题，采用弹性部件进行能量回收，利用弹性部件能量储存特性，使舵机在动作断电后快速复位。此外，该电磁舵机为惯性系统，通过弹性部件可增加系统阻尼，有利于系统稳定，降低控制难度。

33、(2)本发明能够解决现有电磁舵机无法实现比例输出的技术问题，通过调制外部磁场强度与弹性部件阻力，通过调制外部磁场强度，改变永磁体旋转力矩，利用弹性部件的反向力矩实现力矩平衡，进而实现比例输出。

34、(3)本发明能够实现舵机的比例输出，通过改变第一扭转力矩与第二扭转力矩平衡点，即可实现相应的输出行程，实现比例输出。

技术特征：

1.一种基于弹性部件的电磁舵机，其特征在于，该电磁舵机包括机架(1-1)、线圈(1-2)、磁体(1-4)和舵机输出部件(1-3)；

2.根据权利要求1所述的电磁舵机，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的电磁舵机，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的电磁舵机，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的电磁舵机，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的电磁舵机，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的电磁舵机，其特征在于，

8.根据权利要求4所述的电磁舵机，其特征在于，

9.根据权利要求1～8任意一项所述的电磁舵机的工作方法，其特征在于，该方法包括：

10.根据权利要求9所述的电磁舵机的工作方法，其特征在于，

技术总结
本发明涉及一种基于弹性部件的电磁舵机及其工作方法。该电磁舵机包括机架、线圈、磁体和舵机输出部件；线圈安装在所述机架上；磁体放置在线圈围成的空腔内，且与舵机输出部件相连；舵机输出部件的两端分别通过一弹性部件与机架相连。本发明采用弹性部件进行能量回收，使舵机在动作断电后能够快速复位，同时通过调制外部磁场强度与弹性部件阻力，可实现比例输出。此外，该电磁舵机为惯性系统，通过弹性部件可增加系统阻尼，有利于系统稳定，降低控制难度。

技术研发人员：陈池来,田钰强,马贺,贡培艺,潘敏,吴青楠,刘友江,尹昊
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19