一種伺服電機(jī)及其控制方法技術(shù)

為克服現(xiàn)有伺服電機(jī)存在電機(jī)輸出誤差及減速器傳動(dòng)誤差的問題，本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種伺服電機(jī)，包括控制電路、電機(jī)、諧波減速器和傳感器；所述控制電路與電機(jī)電連接；所述諧波減速器包括外殼體以及設(shè)置于外殼體中的波發(fā)生器、柔輪和鋼輪，所述電機(jī)設(shè)置于外殼體的一端，所述波發(fā)生器由所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述柔輪套接于所述波發(fā)生器的外部，所述鋼輪固定于所述外殼體中，所述柔輪位于所述鋼輪內(nèi)部且所述柔輪與鋼輪嚙合；所述柔輪連接有輸出部，所述輸出部的旋轉(zhuǎn)軸線上連接有支柱；所述傳感器設(shè)置于所述外殼體內(nèi)，用于檢測支柱的角位移。同時(shí)，本發(fā)明專利技術(shù)還公開了上述伺服電機(jī)的控制方法。本發(fā)明專利技術(shù)旨在提高伺服電機(jī)的角度傳達(dá)精度。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于電機(jī)減速傳動(dòng)
，具體涉及一種伺服電機(jī)及其控制方法。
技術(shù)介紹
伺服電機(jī)，比如舵機(jī)(英文為Servo)，由直流電機(jī)、減速齒輪組、傳感器和控制電路組成的一套自動(dòng)控制系統(tǒng)。現(xiàn)有伺服電機(jī)的減速齒輪組主要為直齒減速器，部分為行星齒輪減速器。由于性能的需要，一般伺服電機(jī)的減速比都在1：200，甚至達(dá)到300以上，直齒減速器和行星減速器需要達(dá)到上述減速比，需要3到5級減速；為了達(dá)到減速比，一般需要4級減速，考慮實(shí)際加工裝配能力，單級齒輪效率按90％～95％，則四級齒輪綜合效率為65.6％～81.5％，當(dāng)設(shè)計(jì)裝配不當(dāng)時(shí)，效率會(huì)更加低，勢必導(dǎo)致齒輪組結(jié)構(gòu)體積大，效率低。直齒減速器和行星減速器為了傳動(dòng)順滑，齒輪與齒輪必須有一定的間隙，導(dǎo)致減速器在理論上就存在回程間隙，單位是arcmin，一般稱低于3arcmin的稱為高精度型，15arcmin以上為低精度型。一般行星減速器回程間隙可以做到15～3arcmin；一般直齒減速器回程間隙大于15arcmin。另有一種諧波齒輪減速器，是利用行星齒輪傳動(dòng)原理發(fā)展起來的一種新型減速器。諧波齒輪傳動(dòng)(簡稱諧波傳動(dòng))，它是依靠柔性零件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種行星齒輪傳動(dòng)。諧波減速器憑借其結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、噪音小、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)精度高和效率高等優(yōu)點(diǎn)，而被作為機(jī)器人關(guān)節(jié)的重要部件廣泛使用。自從1955年美國C.W.麥塞爾專利技術(shù)了第一臺(tái)諧波減速器以來，全世界主要工業(yè)國家都對其進(jìn)行了全面研究，進(jìn)而陸續(xù)制備出很多系列種類和尺寸規(guī)格不同的諧波減速器，其中以漸開線小模數(shù)齒輪齒廓諧波減速器使用最為廣泛。現(xiàn)有諧波減速器在使用時(shí)由于結(jié)構(gòu)和技術(shù)的限制，一般都是通過電機(jī)后端的編碼器檢測值來控制輸出端的位置，沒有考慮電機(jī)輸出誤差和諧波傳動(dòng)誤差，無法消除傳動(dòng)過程中帶入的誤差，使輸出端空回誤差無法控制，諧波減速器一般的空回誤差(背隙)在1arcmin以內(nèi)，高精度諧波減速器空回誤差在1/3arcmin以內(nèi)，但是隨著減速器的使用，齒輪會(huì)被磨損，空回誤差將會(huì)變大。角度傳達(dá)精度是指將任意的旋轉(zhuǎn)角傳遞至輸入時(shí)，理論上旋轉(zhuǎn)輸出的旋轉(zhuǎn)角度與實(shí)際旋轉(zhuǎn)輸出的旋轉(zhuǎn)角度之間的差值，即角度傳達(dá)誤差。上述的回程間隙及電機(jī)輸出、諧波傳動(dòng)誤差均會(huì)影響伺服電機(jī)的輸出角度，降低伺服電機(jī)的角度傳達(dá)精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有伺服電機(jī)存在電機(jī)輸出及減速器傳動(dòng)誤差的問題，本專利技術(shù)提供了一種伺服電機(jī)及其控制方法，以減少電機(jī)輸出及減速器傳動(dòng)誤差，提高角度傳達(dá)精度。本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：提供一種伺服電機(jī)，包括控制電路、電機(jī)、諧波減速器和傳感器；所述控制電路與電機(jī)電連接，控制電路的輸出信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述諧波減速器包括外殼體以及設(shè)置于外殼體中的波發(fā)生器、柔輪和鋼輪，所述電機(jī)設(shè)置于外殼體的一端，所述波發(fā)生器由所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述柔輪套接于所述波發(fā)生器的外部，所述鋼輪固定于所述外殼體中，所述柔輪位于所述鋼輪內(nèi)部且與所述鋼輪嚙合；所述柔輪連接有用于動(dòng)力輸出的輸出部，所述輸出部旋轉(zhuǎn)軸線上連接有支柱；所述傳感器設(shè)置于所述外殼體內(nèi)，用于檢測支柱的角位移。進(jìn)一步的，所述電機(jī)的輸出軸延伸至所述外殼體中并設(shè)置有第一齒輪，所述波發(fā)生器上設(shè)置有第二齒輪，所述第一齒輪與第二齒輪嚙合。進(jìn)一步的，所述第一齒輪和第二齒輪為直齒輪，且所述第一齒輪的齒數(shù)少于所述第二齒輪的齒數(shù)。進(jìn)一步的，所述諧波減速器還包括柔輪壓片和軸承內(nèi)圈，所述柔輪壓片包括限位部和突出部，所述柔輪底部開有第一通孔，所述軸承內(nèi)圈上設(shè)置第二通孔，所述柔輪壓片的突出部依次穿過第一通孔和第二通孔，所述柔輪夾設(shè)于柔輪壓片的限位部與軸承內(nèi)圈之間。進(jìn)一步的，所述外殼體遠(yuǎn)離所述電機(jī)的一端開口，所述輸出部位于所述外殼體的開口處，且所述輸出部、軸承內(nèi)圈、柔輪及柔輪壓片固定連接。進(jìn)一步的，所述外殼體與輸出部之間設(shè)置有第一軸承，所述軸承內(nèi)圈的外周嵌入所述第一軸承的內(nèi)圈中。進(jìn)一步的，所述第二齒輪包括中空的齒輪部和延伸軸，所述齒輪部內(nèi)部設(shè)置有支承在所述齒輪部與所述外殼體之間的第二軸承，所述波發(fā)生器套接于所述延伸軸上，所述延伸軸遠(yuǎn)離所述齒輪部的一端外周與所述柔輪壓片的限位部的內(nèi)壁之間設(shè)置有第三軸承。進(jìn)一步的，所述柔輪壓片中部開有第三通孔，所述支柱依次穿過所述第二齒輪、第三通孔及輸出部，所述支柱的一端連接在輸出部的中心，且所述支柱的外周上還設(shè)置有支承在所述支柱與所述外殼體之間的第四軸承。進(jìn)一步的，所述波發(fā)生器的中軸線上設(shè)置有中空的傳動(dòng)軸，所述第二齒輪套接于所述傳動(dòng)軸上，所述傳動(dòng)軸的一端與所述外殼體之間設(shè)置有第五軸承，所述傳動(dòng)軸的另一端與所述柔輪壓片之間設(shè)置有第六軸承。進(jìn)一步的，所述柔輪壓片中部開有第三通孔，所述支柱依次穿過所述傳動(dòng)軸、第三通孔及輸出部，所述支柱的一端連接在輸出部的中心。進(jìn)一步的，所述傳感器為編碼器，所述編碼器包括編碼器電路板及磁鐵，所述磁鐵設(shè)置在所述支柱遠(yuǎn)離所述輸出部的一端，所述編碼器電路板固定在所述外殼體上并正對所述磁鐵。進(jìn)一步的，所述外殼體包括第一殼體和第二殼體，所述第一殼體和第二殼體之間形成用于安裝所述諧波減速器的減速器腔體，所述第一殼體和第二殼體的連接處分別設(shè)置有第一階梯槽和第二階梯槽，所述鋼輪的邊緣容納于所述第一階梯槽和第二階梯槽中。本專利技術(shù)還公開了一種伺服電機(jī)的控制方法，包括以下步驟：控制電路將初始的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃轉(zhuǎn)換為控制規(guī)劃并發(fā)送至電機(jī)；電機(jī)依據(jù)上述控制規(guī)劃輸出角位移；諧波減速器對電機(jī)進(jìn)行減速輸出，并帶動(dòng)支柱轉(zhuǎn)動(dòng)；傳感器檢測支柱的角位移，計(jì)算支柱角位移與初始的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃理論上所能達(dá)到的角位移的偏差值，根據(jù)該偏差值新增一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，由控制電路轉(zhuǎn)換為控制規(guī)劃并控制電機(jī)執(zhí)行，直至偏差值小于傳感器的分辨率或運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的最小容許誤差。進(jìn)一步的，諧波減速器對電機(jī)進(jìn)行減速之前，還包括：通過直齒傳動(dòng)裝置對電機(jī)進(jìn)行第一級減速。根據(jù)本專利技術(shù)公開的伺服電機(jī)及其控制方法，經(jīng)由諧波減速器對電機(jī)進(jìn)行減速輸出，在諧波減速器的輸出部上設(shè)置有支柱，通過傳感器能夠檢測出支柱的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，即可精確檢測出輸出部的角位移，從而得到輸出部角位移和初始的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃理論上所能達(dá)到的角位移之間的偏差值，返回給控制電路，新增一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，從而抵消由電機(jī)輸出及減速器傳動(dòng)誤差所引起的轉(zhuǎn)動(dòng)偏差，提高角度傳達(dá)的精度。附圖說明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例1提供的伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)爆炸圖；圖2是本專利技術(shù)實(shí)施例1提供的伺服電機(jī)的剖視圖；圖3是本專利技術(shù)實(shí)施例2提供的伺服電機(jī)的剖視圖；圖4是本專利技術(shù)實(shí)施例3提供的伺服電機(jī)的控制流程圖。說明書附圖中的附圖標(biāo)記如下：1、控制電路；2、電機(jī)；21、第一齒輪；22、輸出軸；3、諧波減速器；31、第二齒輪；311、齒輪部；312、延伸軸；32、波發(fā)生器；33、鋼輪；34、柔輪；341、第一通孔；35、柔輪壓片；351、限位部；352、突出部；353、第三通孔；36、軸承內(nèi)圈；361、第二通孔；37、輸出部；38、傳動(dòng)軸；381、軸肩部；391、第一軸承；392、第二軸承；393、第三軸承；394、第四軸承；395、第五軸承；396、第六軸承；4、編碼器；41、編碼器電路板；42、磁鐵；5、外殼體；51、第一殼體；511、第一階梯槽；512、筒形支撐部；52、第二殼體；521、第二階梯槽；6、支柱。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)所本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種伺服電機(jī)，其特征在于，包括控制電路(1)、電機(jī)(2)、諧波減速器(3)和傳感器；所述控制電路(1)與電機(jī)(2)電連接，所述控制電路(1)的輸出信號(hào)控制所述電機(jī)(2)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述諧波減速器(3)包括外殼體(5)以及設(shè)置于外殼體(5)中的波發(fā)生器(32)、柔輪(34)和鋼輪(33)，所述電機(jī)(2)設(shè)置于外殼體(5)的一端，所述波發(fā)生器(32)由所述電機(jī)(2)驅(qū)動(dòng)，所述柔輪(34)套接于所述波發(fā)生器(32)的外部，所述鋼輪(33)固定于所述外殼體(5)中，所述柔輪(34)位于所述鋼輪(33)內(nèi)部且與所述鋼輪(33)嚙合；所述柔輪(34)連接有用于動(dòng)力輸出的輸出部(37)，所述輸出部(37)旋轉(zhuǎn)軸線上連接有支柱(6)；所述傳感器設(shè)置于所述外殼體(5)內(nèi)，用于檢測支柱(6)的角位移。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種伺服電機(jī)，其特征在于，包括控制電路(1)、電機(jī)(2)、諧波減速器(3)和傳感器；所述控制電路(1)與電機(jī)(2)電連接，所述控制電路(1)的輸出信號(hào)控制所述電機(jī)(2)轉(zhuǎn)動(dòng)；所述諧波減速器(3)包括外殼體(5)以及設(shè)置于外殼體(5)中的波發(fā)生器(32)、柔輪(34)和鋼輪(33)，所述電機(jī)(2)設(shè)置于外殼體(5)的一端，所述波發(fā)生器(32)由所述電機(jī)(2)驅(qū)動(dòng)，所述柔輪(34)套接于所述波發(fā)生器(32)的外部，所述鋼輪(33)固定于所述外殼體(5)中，所述柔輪(34)位于所述鋼輪(33)內(nèi)部且與所述鋼輪(33)嚙合；所述柔輪(34)連接有用于動(dòng)力輸出的輸出部(37)，所述輸出部(37)旋轉(zhuǎn)軸線上連接有支柱(6)；所述傳感器設(shè)置于所述外殼體(5)內(nèi)，用于檢測支柱(6)的角位移。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服電機(jī)，其特征在于，所述電機(jī)(2)的輸出軸(22)延伸至所述外殼體(5)中并設(shè)置有第一齒輪(21)，所述波發(fā)生器(32)上設(shè)置有第二齒輪(31)，所述第一齒輪(21)與第二齒輪(31)嚙合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伺服電機(jī)，其特征在于，所述第一齒輪(21)和第二齒輪(31)為直齒輪，且所述第一齒輪(21)的齒數(shù)少于所述第二齒輪(31)的齒數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伺服電機(jī)，其特征在于，所述諧波減速器(3)還包括柔輪壓片(35)和軸承內(nèi)圈(36)，所述柔輪壓片(35)包括限位部(351)和突出部(352)，所述柔輪(34)底部開有第一通孔(341)，所述軸承內(nèi)圈(36)上設(shè)置第二通孔(361)，所述柔輪壓片(35)的突出部(352)依次穿過第一通孔(341)和第二通孔(361)，所述柔輪(34)夾設(shè)于柔輪壓片(35)的限位部(351)與軸承內(nèi)圈(36)之間。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的伺服電機(jī)，其特征在于，所述外殼體(5)遠(yuǎn)離所述電機(jī)(2)的一端開口，所述輸出部(37)位于所述外殼體(5)的開口處，且所述輸出部(37)、軸承內(nèi)圈(36)、柔輪(34)及柔輪壓片(35)固定連接。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的伺服電機(jī)，其特征在于，所述外殼體(5)與輸出部(37)之間設(shè)置有第一軸承(391)，所述軸承內(nèi)圈(36)的外周嵌入所述第一軸承(391)的內(nèi)圈中。7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任一項(xiàng)所述的伺服電機(jī)，其特征在于，所述第二齒輪(31)包括中空的齒輪部(311)和延伸軸(312)，所述齒輪部(311)內(nèi)部設(shè)置有支承在所述齒輪部(311)與所述外殼體(5)之間的第二軸承(392)，所述波發(fā)生器(32)套接于所述延伸軸(312)上，所述延伸軸(312)遠(yuǎn)離所述齒輪部(31...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李友朋，熊友軍，
申請(專利權(quán))人：深圳市優(yōu)必選科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44