伺服裝置的製作方法
2023-10-07 05:18:59
專利名稱：伺服裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於根據所輸入的控制信號操作被控制對象物的伺服裝置，特別涉及模型用無線電控制裝置、產業用無線電控制裝置、機器人中使用的伺服裝置。
背景技術：
在無線電控制用的被操縱裝置中，搭載有接收從發送機發送的信號的接收機、和用於操作操作對象的多個伺服裝置。接收機將所接收到的信號變換為各通道的每一個的脈衝寬度調製後的信號(以下，稱為PWM信號)，作為控制信息針對各通道的每一個將其提供給伺服裝置。如專利文獻1等所述，伺服裝置具有馬達，通過減速機構使馬達的旋轉減速而使輸出軸的伺服臂在一定的角度範圍(例如從基準位置起士60° )內轉動，來進行操作。 在伺服裝置中，在減速機構的輸出軸上安裝有電位器，檢測輸出軸的旋轉角度，將脈衝寬度作為控制信號，進行反饋控制，以成為期望的旋轉角度的方式進行控制。
專利文獻1 日本特開2007-318986號公報發明內容
然而，在以往的伺服裝置中，因為輸出軸頻繁地轉動，所以電位器也頻繁地轉動。 另外，易於從外部對輸出軸施加壓力，且對電位器也施加壓力，所以存在電位器易於劣化這樣的缺點。如果電位器劣化，則得不到正確的反饋信號，所以輸出軸的基準位置(中性)的角度偏移，而無法進行期望的旋轉動作。因此，存在伺服馬達需要頻繁地更換這樣的缺點。
本發明是著眼於這樣的以往的問題而完成的，其目的在於無需使用電位器而能夠非接觸地檢測輸出軸的旋轉角度，提高伺服裝置的可靠性並且實現長壽命化。
為了解決該課題，本發明提供一種伺服裝置，包括馬達；減速機構，與所述馬達連結，使所述馬達的輸出減速；磁鐵，安裝於所述減速機構的旋轉軸；磁傳感器，基於所述磁鐵的轉動，檢測伺服臂的輸出軸的旋轉角度；以及控制部，基於來自所述磁傳感器的輸出和來自外部的控制信號的差分，對所述馬達進行旋轉控制以使差分信號成為零。
此處，所述磁鐵是圓板狀部件，至少在其一部分中具有切口，在圓板的面中對稱地起磁。
此處，還具有與所述減速機構的輸出軸的旋轉角度對應地從所述磁傳感器得到的輸出作為直線地變化的旋轉角度信息的線性變換部。
此處，所述控制部還具有A/D變換部，對從所述磁傳感器得到的輸出進行A/D變換，所述線性變換部使用函數將由所述A/D變換部變換的數位訊號的變化變換為直線狀地變化的數據。
此處，所述控制部還具有A/D變換部，對從所述磁傳感器得到的輸出進行A/D變換，所述線性變換部使用變換表將由所述A/D變換部變換的數位訊號的變化變換為直線狀地變化的數據。
此處，所述磁傳感器是組合了霍爾IC和放大器的霍爾IC。
根據具有這樣的特徵的本發明，通過磁鐵和磁傳感器檢測伺服馬達的旋轉角度， 所以無需使用電位器而能夠非接觸地檢測輸出軸的旋轉角度。因此，得到不會由於電位器的劣化而引起誤動作、中性(neutral)的角度變動，能夠提高伺服裝置的可靠性，實現長壽命化這樣的效果。
圖1是示出本發明的實施方式的伺服裝置的整體結構的立體圖。
圖2是本實施方式的伺服裝置的框圖。
圖3是示出本實施方式的對磁鐵板以及磁鐵板的磁通進行檢測的磁傳感器的配置的圖。
圖4是示出旋轉角度與磁檢測器的電壓、A/D變換數據以及線性變換數據的關係的圖。
(符號說明)
10 基板；11 馬達；12 減速機構；12aU2bU2c 齒輪；13 輸出軸；14 伺服臂； 15 磁鐵持架；16 磁鐵；17 磁傳感器；18 放大器；19 霍爾IC ；20 控制部；21 :A/D變換部；22 線性變換部；23 脈衝寬度角度數據變換部；24 差分運算部；25 馬達驅動器。
具體實施方式
圖1是示出本發明的實施方式的伺服裝置的整體結構的立體圖。如該圖所示，在基板10上安裝了馬達11。對馬達11依次連結了構成減速機構12的齒輪12a、12b、12c，對齒輪12c的輸出軸連接伺服臂14。另外，在本實施方式中，對齒輪12c的輸出軸13還連接磁鐵持架15以及磁鐵板16。磁鐵板16如後所述，是圓板狀的磁性體。另外，與該磁鐵板 16隔開規定的間隔而配置磁傳感器17。磁傳感器17對伴隨於磁鐵板16的旋轉的磁變化進行檢測，得到旋轉角度信息。
接下來，使用圖2，說明本實施方式的伺服裝置的框圖。通過放大器18對來自磁傳感器17的輸出進行放大。在本實施方式中，作為磁傳感器17使用了霍爾元件。霍爾元件和放大器18也可以使用獨立的元件，但此處使用將它們組合了的線性霍爾IC19。線性霍爾 IC19能夠檢測規定的位置的磁通，輸出與磁通成比例的電壓信號。來自線性霍爾IC19的輸出被施加到控制部20的A/D變換部21。A/D變換部21將輸入電壓變換為數字數據，其輸出被施加到線性變換部22。線性變換部22將旋轉角度信息變換為直線的數據。
另外，對該伺服馬達，從未圖示的接收機，提供脈衝寬度調製了的信號(PWM信號)。PWM信號是例如中心值為1. 5ms，脈衝寬度根據發送機的操作而在1. 5士0. 6ms的範圍內變化的信號。從接收機對脈衝寬度角度數據變換部23提供該PWM信號。脈衝寬度角度數據變換部^將PWM信號變換為與其脈衝寬度對應的指示數據。脈衝寬度角度數據變換部23的輸出被提供給差分運算部M。差分運算部M經由馬達驅動器25對馬達11進行驅動以使差分信號成為0。通過這樣構成的反饋環，控制為與PWM信號對應的旋轉角度。
另外，在本實施方式的伺服裝置中，代替以往的電位器，使用磁鐵板16和磁傳感器17。因此，能夠非接觸地檢測旋轉角度。此處，如果磁鐵板16是完全的圓板，則起磁狀態不明，所以在製造時以什麼樣的角度固定不明確，需要通過某種方法來檢測磁。因此，為了易於製造，在本實施方式中，如圖3(a)所示，設為D字形的形狀。在這種情況下，磁鐵持架 15也如圖1所示，使用具有D字形的凹陷的結構，如果在此埋入圓板狀的磁鐵板16，則能夠使製造工序變得容易。此處，磁鐵板16如圖3(a)所示，從正面觀察對稱地起磁。於是，通過如圖3(a)那樣起磁，能夠視覺上判斷磁鐵板16的極性。然後，如圖3(b)所示，設定為在從正面觀察時霍爾IC19的檢測位置P成為起磁的磁極的邊界位置。另外，如圖3(c)所示， 將霍爾IC19與磁鐵板16的間隔設為g。
圖4(a)是示出減速機構12的輸出軸13的旋轉角度θ與由磁傳感器16檢測的電壓的關係的曲線。如圖所示，霍爾IC19的輸出相對旋轉角度θ以正弦波形狀變化，通過磁鐵板16與霍爾IC19的間隔，其振幅如曲線Cl、C2所示變化。因此，將霍爾IC19與磁鐵板16的間隔g設定為輸出不飽和且能夠得到充分的電壓變化的值。另外，在本發明的實施方式中，如圖4(b)所示，對霍爾IC19的輸出進行放大，並通過A/D變換部21變換為數位訊號之後，如圖4(c)所示，通過線性變換部22使其直線狀地變化。這些輸出實際上例如是12 比特的數據，但在圖4(b)、(c)中，將數據相對旋轉角度的變化表示為模擬值。線性變換部 22通過使用具有針對表示由磁傳感器檢測的電壓變化的函數的逆特性的函數、例如反正弦的函數，並適宜地設定其係數，而使輸入變化直線狀地變換。通過這樣使用線性變換部22， 能夠相對旋轉角度使角度數據直線地變化，能夠依舊使用以往的伺服裝置的機構。
另外，在本實施方式中，作為線性變換部22，使用利用反正弦的函數而進行變換， 但也可以預先計算針對輸入信號輸出成為線性的角度數據的表，並將該表保持於只讀存儲器(RoM)等非易失性存儲器。由此，通過根據輸入信號從該表讀出角度數據，能夠得到直線地變化的數據。
另外，在本實施方式中，根據脈衝寬度調製後的信號來控制馬達的旋轉角度，但只要是直接提供針對應旋轉角度的數字數據的伺服裝置，則無需設置脈衝寬度角度數據變換部23，而能夠將來自外部的數字數據直接地輸入到差分運算部M。
另外，在本實施方式中將圓板的一部分改換而使磁鐵板成為D字型的一部分，但也可以是其他形狀。例如，能夠設為長方形、在左右具有切口的形狀。
另外，在本實施方式中，將齒輪12c的軸作為輸出軸13，並在該軸上安裝了伺服臂 14和磁鐵持架15，但也可以在馬達軸、其中間的齒輪的軸上安裝磁鐵。在該情況下，即使在輸出軸轉動規定角度時，也旋轉多次，所以還需要同時檢測轉速，能夠以高解析度檢測輸出軸的旋轉角度。
進而，在本實施方式中，將來自線性霍爾IC的輸出變換為數字數據，進行了線性變換、差分運算，但當然還能夠應用於針對線性霍爾IC的輸出以模擬信號的狀態進行線性變換，將成為控制信號的脈衝寬度變換為電壓信號，根據其差分驅動馬達驅動器的模擬類型的伺服裝置。
產業上的可利用性
本發明無需使用電位器而能夠非接觸地檢測輸出軸的旋轉角度來實現伺服裝置的長壽命化，所以能夠應用於根據所輸入的控制信號驅動被控制對象物的伺服裝置、特別是模型用無線電控制裝置、產業用無線電控制裝置、機器人用的伺服裝置。
權利要求
1.一種伺服裝置，包括馬達；減速機構，與所述馬達連結，使所述馬達的輸出減速；磁鐵，安裝於所述減速機構的旋轉軸；磁傳感器，基於所述磁鐵的轉動，檢測伺服臂的輸出軸的旋轉角度；以及控制部，基於來自所述磁傳感器的輸出和來自外部的控制信號的差分，對所述馬達進行旋轉控制以使差分信號成為零。
2.根據權利要求1所述的伺服裝置，其特徵在於所述磁鐵是圓板狀部件，至少在其一部分中具有切口，在圓板的面中對稱地起磁。
3.根據權利要求1所述的伺服裝置，其特徵在於還包括線性變換部，與所述減速機構的輸出軸的旋轉角度對應地從所述磁傳感器得到的輸出作為直線地變化的旋轉角度信息。
4.根據權利要求3所述的伺服裝置，其特徵在於所述控制部還具有A/D變換部，對從所述磁傳感器得到的輸出進行A/D變換，所述線性變換部使用函數將由所述A/D變換部變換的數位訊號的變化變換為直線狀地變化的數據。
5.根據權利要求3所述的伺服裝置，其特徵在於所述控制部還具有A/D變換部，對從所述磁傳感器得到的輸出進行A/D變換，所述線性變換部使用變換表將由所述A/D變換部變換的數位訊號的變化變換為直線狀地變化的數據。
6.根據權利要求1所述的伺服裝置，其特徵在於所述磁傳感器是組合了霍爾IC和放大器的霍爾IC。
全文摘要
通過減速機構使馬達(11)的旋轉減速，在減速機構(12)的輸出軸上設置磁鐵板(16)。另外，接近磁鐵板(16)地設置磁傳感器(17)，通過磁傳感器(17)讀出旋轉角度。通過將磁傳感器(17)的輸出反饋給控制部(20)，成為與輸入信號對應的旋轉角度。由此，無需使用電位器，能夠非接觸地控制伺服馬達的旋轉角度，能夠實現伺服裝置的長壽命化。
文檔編號H02P6/16GK102484440SQ20098016135
公開日2012年5月30日 申請日期2009年9月9日 優先權日2009年9月9日
發明者渡邊寬 申請人:日本遠隔制御株式會社