具备位置反馈和速度反馈功能的小型直线执行机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及直线运动控制技术领域，具体涉及一种具备位置反馈和速度反馈功能的小型直线执行机构。
【背景技术】
[0002]直线运动机构在工业和民用电子产品中有着广泛的应用和需求。如何能将绝对直线运转位置和直线运动速度的测量和反馈融入到直线运动机构中，一直是研究的热点，解决了这个问题，就能有效解决精度和效率问题，提高产品性能。
[0003]目前，常见的直线运动机构(也称“直线电机”)主要有贯通丝杠方式和齿轮齿条方式两种。鉴于齿轮齿条方式的最大优点在于可以使用通用电机，因而使用范围更广，性价比更佳，可以将齿轮齿条方式的直线运动机构广泛应用于机器人、自动电器等工业和民用产品中，实现直线运动功能。
【实用新型内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具备位置反馈和速度反馈功能的小型直线执行机构，包括壳体、电源模块、红外测距传感器、直流电动机、电机驱动器、齿轮齿条部件、控制器及对外接口部件，这种结构的直线执行机构能够按照设定速度，达到设定位置，是一种一体化、小型双反馈式直线双向执行机构。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。
[0006]—种具备位置反馈和速度反馈功能的小型直线执行机构，包括壳体、电源模块和对外接口部件，它还包括红外测距传感器、直流电动机、电机驱动器、齿轮齿条部件、控制器，直流电动机、齿轮齿条部件、红外测距传感器装置于壳体中，直流电动机、齿轮齿条部件、红外测距传感器与控制器相连接。
[0007]优选的是，所述壳体的两侧板上设置有齿条槽。
[0008]在上述任一技术方案中优选的是，所述齿条槽为长U型槽。
[0009]在上述任一技术方案中优选的是，所述壳体的末端设置有固定装置。
[0010]在上述任一技术方案中优选的是，所述直流电动机连接电机驱动器，电机驱动器连接控制器的PWM输出接口。
[0011]在上述任一技术方案中优选的是，所述直流电动机的输出端连接齿轮齿条部件，齿轮固定装置于直流电动机的输出轴上并通过壳体将该齿轮与相同模数的齿条啮合。
[0012]在上述任一技术方案中优选的是，所述直流电动机内置有直流电机编码器，用于测量并计算齿条的直线运动速度。
[0013]在上述任一技术方案中优选的是，所述对外接口部件包括12V直流电输入接口、5V直流电输出接口和串行通讯口。
[0014]在上述任一技术方案中优选的是，所述12V直流电输入接口和5V直流电输出接口设置于电源模块，电源模块通过12V直流电输入接口连接电机驱动器，电源模块通过5V直流电输出接口连接红外测距传感器、直流电机编码器和控制器。
[0015]在上述任一技术方案中优选的是，所述串行通讯口设置于控制器的输出端，用来与上位控制器或者主控单元进行数据连接。
[0016]在上述任一技术方案中优选的是，所述电机驱动器包括H桥驱动部件和PffM调压部件，PffM调压部件连接控制器的PffM输出接口，控制器的PWM信号控制调节直流电压的变化并通过H桥驱动部件传输至直流电动机。
[0017]在上述任一技术方案中优选的是，所述齿轮齿条部件的齿轮采用0.5模数、22齿数的钢制齿轮。
[0018]在上述任一技术方案中优选的是，所述齿轮齿条部件的齿条采用0.5模数、1cm长度的钢制齿条。
[0019]在上述任一技术方案中优选的是，所述红外测距传感器的输出端连接控制器的模拟信号输入端。
[0020]在上述任一技术方案中优选的是，所述红外测距传感器采用GP2Y0A51SK0F型红外测距传感器。
[0021 ]在上述任一技术方案中优选的是，所述控制器采用Arduino-ProMini微型控制板。
[0022]在上述任一技术方案中优选的是，所述直流电动机采用Faulhaberl516SR型微型减速直流电动机。
[0023]本实用新型的具备位置反馈和速度反馈功能的小型直线执行机构，包括壳体、电源模块、红外测距传感器、直流电动机、电机驱动器、齿轮齿条部件、控制器及对外接口部件，直流电动机、齿轮齿条部件、红外测距传感器装置于壳体中，直流电动机、齿轮齿条部件、红外测距传感器与控制器相连接。本实用新型的这种结构的直线执行机构能够按照设定速度，达到设定位置，是一种一体化、小型双反馈式直线双向执行机构。本实用新型的具备位置反馈和速度反馈功能的小型直线执行机构属于机电一体化产品，可广泛应用于机器人、自动电器等工业和民用产品中，实现直线运动功能。
【附图说明】
[0024]图1为按照本实用新型的具备位置反馈和速度反馈功能的小型直线执行机构的一优选实施例的机构原理框图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作详细说明，以下描述仅作为示范和解释，并不对本实用新型作任何形式上的限制。
[0026]如图1所示，具备位置反馈和速度反馈功能的小型直线执行机构包括壳体、电源模块、红外测距传感器、直流电动机、电机驱动器、齿轮齿条部件、控制器，以及对外接口部件。直流电动机、齿轮齿条部件、红外测距传感器装置于壳体中，直流电动机、齿轮齿条部件、红外测距传感器与控制器相连接。壳体的两侧板上设置有齿条槽，所述齿条槽为长U型槽;壳体的末端设置有固定装置。直流电动机连接电机驱动器，电机驱动器连接控制器的PWM输出接口 ；直流电动机的输出端连接齿轮齿条部件，齿轮固定装置于直流电动机的输出轴上并通过壳体将该齿轮与相同模数的齿条啮合;直流电动机内置有直流电机编码器，用于测量并计算齿条的直线运动速度。对外接口部件包括12V直流电输入接口、5V直流电输出接口和串行通讯口 ； 12V直流电输入接口和5V直流电输出接口设置于电源模块，电源模块通过12V直流电输入接口连接电机驱动器，电源模块通过5V直流电输出接口连接红外测距传感器、直流电机编码器和控制器；串行通讯口设置于控制器的输出端，用来与上位控制器或者主控单元进行数据连接。电机驱动器包括H桥驱动部件和PffM调压部件，PffM调压部件连接控制器的PWM输出接口，控制器的PWM信号控制调节直流电压的变化并通过H桥驱动部件传输至直流电动机。齿轮齿条部件的齿轮采用0.5模数、22齿数的钢制齿轮，齿条采用0.5模数、1cm长度的钢制齿条。红外测距传感器的输出端连接控制器的模拟信号输入端。
[0027]这种具备位置反馈和速度反馈功能的小型直线执行机构由外壳、红外测距传感器、齿轮齿条部件、直流电动机及电机驱动器、控制器、电源、对外接口部件组成，红外测距传感器采用GP2Y0A51SKOF型红外测距传感器，控制器采用Arduino-ProMini微型控制板。直流电动机是本机构的运动产生部件，将齿轮固定在该电动机的输出轴上、通过壳体将该齿轮与相同模数的齿条啮合，齿条上的凸槽嵌入到壳体的对应凹槽内，达到固定作用;直流电动机的正转和反转转换成齿条的上下运动，由此完成将直流电动机的圆周运动转换为齿条的直线运动功能。通过改变齿轮的齿数，可以改变机构的最大直线运动速度和直线力矩(齿轮齿数越多，最大直线速度越低、直线力矩则越大)，通过改变齿条的齿数来决定执行运动最大往复行程(齿条齿数越多，则直线行程越大)。将红外测距传感器固定于齿条的底端，并通过该传感器的读值来计算齿条的绝对直线运动位置。直流电动机的内部带有编码器，可以测量并计算出齿条的直线运动速度，由此达到位置反馈和速度反馈功能。直流电动机连接到电机驱动器，电机驱动器的控制信号和红外测距传感器的测量信号连接到机构控制器，机构的控制器通过串行通讯口接受其他设备的远程控制。本机构还可以通过搭配以太网、Wi