CN206922584U - 具有精确定位功能的运动平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有精确定位功能的运动平台，包括底座、传动机构、电机、载具平台、霍尔转速传感器和控制装置；传动机构包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮；电机的输出轴安装在第二齿轮中心处；所述载具平台固定安装在第一齿轮上；电机根据控制装置的指令调整电机的转速以使第二齿轮转动；霍尔转速传感器的探头固定安装在临近第一齿轮处，实时探测第一齿轮转速和角度变化，并将探测结果反馈至控制装置。本实用新型避免采用编码器电机，维护便利，使用寿命长，成本低，并且，传感器检测结果不受电机转速值影响，测量结果稳定可靠。

Description

具有精确定位功能的运动平台

技术领域

本实用新型涉及模拟运动平台领域，具体而言涉及一种具有精确定位功能的运动平台。

背景技术

旋转轴平台上具有多个伺服旋转电机，用来实现平台的多方位多角度运动姿态变化，这就要求我们精确控制伺服电机的转角和转速，通常我们选择使用带编码器的旋转电机。

编码器是安装在伺服电机上用来测量磁极位置和伺服电机转角及转速的一种传感器，从物理介质的不同来分，伺服电机编码器可以分为光电编码器和磁电编码器，另外旋转变压器也算一种特殊的伺服编码器，市场上使用的基本上是光电编码器，不过磁电编码器作为后起之秀，有可靠，价格便宜，抗污染等特点，有赶超光电编码器的趋势。

编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

可以看到，多种类型的编码器均具有其局限性，一旦编码器损坏或者精度下降，其所属的电机就需要维修或者更换，这无疑增加了结构维护的复杂性。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种具有精确定位功能的运动平台，在齿轮一侧放置霍尔转速传感器，实时探测齿轮的转速和角度变化，控制装置根据探测结果以调整电机转速，进而调整运动平台的旋转角度和旋转速度，本实用新型提出的这一技术方案，避免采用编码器电机，维护便利，使用寿命长，成本低，并且，传感器检测结果不受电机转速值影响，测量结果稳定可靠。

为达成上述目的，本实用新型提出一种具有精确定位功能的运动平台，包括底座、传动机构、电机、载具平台、霍尔转速传感器和控制装置；

所述底座固定在地面上，具有一空腔和一平行于地面的上表面；

所述传动机构包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮安装在底座上方，第一齿轮和第二齿轮的轴中心线均垂直于底座的上表面；

所述电机固定在底座的空腔内，其输出轴固定安装在第二齿轮中心处，输出轴的延伸方向与第二齿轮的轴中心线重叠；

所述载具平台位于第一齿轮上方，且固定安装在第一齿轮上；

所述电机与控制装置电连接，被设置成根据控制装置的指令调整电机的转速以使第二齿轮转动；

所述霍尔转速传感器具有一探头，探头固定安装在临近第一齿轮处，探头与第一齿轮的距离小于第一设定距离，与第二齿轮的距离大于第二设定距离；

所述霍尔转速传感器与控制装置电连接，被设置成实时探测第一齿轮转速和角度变化，并将探测结果反馈至控制装置。

进一步的，所述霍尔转速传感器还具有一信号处理电路，信号处理电路与探头电连接；

所述探头内设置有一永磁磁钢，用以在探头所处位置形成磁场；

所述探头被设置成实时探测所处位置的磁场强度变化，并将探测结果反馈至信号处理电路，信号处理电路将接收到的磁场强度变化转变成电信号发送至控制装置。

进一步的，所述第一设定距离为5mm。

进一步的，所述第二设定距离为3cm。

进一步的，所述载具平台包括相互平行的上平台和下平台、伺服驱动装置和载具；

所述下平台固定在第一齿轮上；

所述载具固定在上平台上；

所述伺服驱动装置位于上平台和下平台之间，包括若干个可伸缩的推动机构，每个推动机构具有一固定端和一伸缩端，固定端通过虎克铰以安装在下平台上，伸缩端通过虎克铰以安装在上平台上。

进一步的，所述推动机构采用伺服电动缸，伺服电动缸的固定部安装在下平台上，伺服电动缸的运动部安装在上平台上。

进一步的，所述运动平台具有信号指示装置。

进一步的，所述第一齿轮采用铁磁性材料制成。

进一步的，所述第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径。

由以上本实用新型的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于，避免采用编码器电机，维护便利，使用寿命长，成本低，并且，传感器检测结果不受电机转速值影响，测量结果稳定可靠。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：

图1是本实用新型的具有精确定位功能的运动平台的结构示意图。

图2是本实用新型的霍尔转速传感器的结构示意图。

具体实施方式

为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1、图2，本实用新型提出的一种具有精确定位功能的运动平台，该运动平台包括底座10、传动机构、电机30、载具平台60、霍尔转速传感器40和控制装置50。

底座10固定在地面上，底座10需要有一定的重量和稳固度，使其能够承受住附在其上的传动机构、载具平台60的重量，确保传动机构和载具平台60运行时不会出现晃动。

底座10具有一空腔和一平行于地面的上表面，载具平台60位于底座10的上表面之上，载具平台60与底座10的上表面之间连接设置有传动机构，载具平台60在传动机构的带动下实现旋转运动。

设置空腔的目的是为了给控制装置50、电机30等零部件安装在底座10内部，一方面保证控制装置50能够防水防尘、不受外界环境影响，另一方面也使整个运动平台变得更加美观，否则，从理论上，控制装置50安装在运动平台上即可。

有前述可知，载具平台60在传动机构的带动下能够实现旋转运动，传动机构的结构设计是有多种方式的，在此本申请仅介绍其中一种结构方式。

传动机构包括相互啮合的第一齿轮21和第二齿轮22，第一齿轮21和第二齿轮22均安装在底座10上方，第一齿轮21和第二齿轮22的轴中心线均垂直于底座10的上表面。

电机30的输出轴固定安装在第二齿轮22中心处，电机30输出轴的延伸方向与第二齿轮22的轴中心线重叠。

电机30和控制装置50电连接，根据控制装置50的指令调整电机30的转速。

因为电机30输出轴固定安装在第二齿轮22中心处，因此当电机30输出轴开始转动时，第二齿轮22随即开始同方向转动，同样，因为第一齿轮21和第二齿轮22具有相互啮合的连接关系，第一齿轮21也开始转动，固定在第一齿轮21上的载具平台60自然也随第一齿轮21实现旋转运动。

由于第二齿轮22的作用是为了实现电机30输出轴与第一齿轮21之间的传动力传输，并非承载载具平台60所用，因此优选的，我们将第一齿轮21的直径设置的较大一些，以便于第一齿轮21能够稳定的承载载具平台60，同时将载具平台60固定在其上，而第二齿轮22的直径可以小于第一齿轮21的直径，一方面减小整个结构的体积，另一方面也是为了尽量减小旋转参数检测结果的准确性，关于后者，将会在后续的描述中说明原因。

而控制装置50的指令是否已经使载具平台60实现了预设的旋转运动，则需要通过另外的检测装置来进行实时探测。

如前所述，部分运动平台会采用带编码器的电机30，通过测试电机30输出轴的转速和/或转角来间接计算载具平台60的旋转参数，一方面这导致电机30的成本增加，一旦出现问题，排查和维修都变得不易，另一方面，测试的电机30的转速，再通过计算间接得到载具平台60的旋转参数，这无疑也是不够准确，并且极易受到干扰的。

最准确的测试方式自然是直接探测载具平台60，然而载具平台60形状各异，在大部分情况下还处于载人状态，测试不易。

结合上述两点，由于载具平台60是固定安装在第一齿轮21上，跟随第一齿轮21的转动而转动的，本申请提出通过探测第一齿轮21的旋转参数来得到载具平台60的旋转参数，无疑这两者之间的旋转参数(转速、方向、转角等)应当是一致的。

我们采用霍尔转速传感器40来实现前述这一探测功能，事实上，选择齿轮作为传动机构也有此原因。

霍尔转速传感器40为现有技术，具有多种结构和工作方式，但其根本原理仍是霍尔效应。

本申请采用的霍尔转速传感器40具有一探头和一信号处理电路，探头内设置有一永磁磁钢，在探头处形成一磁场。

当有其他物质，尤其是铁磁性物质进入磁场范围内，磁场强度会发生变化，齿轮上具有若干个锯齿，如果将探头放置在齿轮附近，在齿轮转动时，不断有锯齿靠近、远离探头，导致磁场强度发生变化，再经信号处理电路处理变成电信号后，我们会发现形成的电信号具有脉冲式变化。

本申请采用的霍尔转速传感器40正是利用这一原理，通过计算电信号中脉冲的数量来计算转角，通过计算电信号中脉冲的频率来计算转速，通过观察电信号中脉冲的方向来得到转向。具体而言，一个脉冲代表一个锯齿数，结合第一齿轮21的锯齿数我们就可以得到转角，脉冲的频率越快，说明此时第一齿轮21的转速也越快，最后，锯齿切割磁场的方向不同，导致磁场的强度变化也是不同的。

我们需要探测的是第一齿轮21的转动参数，因此将探头放置在临近第一齿轮21处，探头的位置具有一定的限制性，第一，探头与第一齿轮21的距离小于第一设定距离，第二，探头与第二齿轮22的距离大于第二设定距离。

优选的，第一设定距离采用5mm，第二设定距离采用3cm。

作此设定的目的是为了尽量避免第二齿轮22对探头的干扰，同时尽量增强第一齿轮21在转动过程中对磁场的影响，得到更加清晰的电信号结果。前述选择较小直径的第二齿轮22的目的也在于此。

另外，我们还可以通过采用铁磁性材料去制作第一齿轮21，例如铁等，铁磁性材料能够引起磁场强度的变化比一般材料大的多，得到的电信号结果也会更加清晰。

控制装置50在接收到来自霍尔转速传感器40反馈的电信号后，结合第一齿轮21的锯齿数计算出第一齿轮21的旋转参数，将之与控制指令中所包含的运动姿态相比较，并根据比较结果调整电机30转速，控制第一齿轮21的转动，从而形成一闭环控制回路，确保运动平台旋转动作的精确定位。

该运动平台还具有一信号指示装置，例如信号灯，设置成电机30工作时信号灯亮，电机30停止工作时信号灯灭，当然还有其他的设置方式，目的就是为了使工作人员或者用户能够不需要查看

至于载具平台60，本申请提出一种结构设计，可以使整个运动平台实现六自由度的运动变化。

载具平台60包括相互平行的上平台61和下平台62、伺服驱动装置63和载具。

下平台62固定在第一齿轮21上，载具固定在上平台61上，伺服驱动装置63位于上平台61和下平台62之间，包括若干个可伸缩的推动机构，每个推动机构具有一固定端和一伸缩端，固定端通过虎克铰以安装在下平台62上，伸缩端通过虎克铰以安装在上平台61上。

推动机构采用伺服电动缸，伺服电动缸的固定部安装在下平台62上，伺服电动缸的运动部安装在上平台61上。

如此，上平台61在伺服电动缸的驱动下将实现平移、降落、翻转等运动姿态，加上传动机构和电机30带来的旋转运动姿态，实现对载具的六自由度运动变化。

从而，本实用新型实现了一种具有精确定位功能的运动平台，在齿轮一侧放置霍尔转速传感器40，实时探测齿轮的转速和角度变化，控制装置50根据探测结果以调整电机30转速，进而调整运动平台的旋转角度和旋转速度，本实用新型提出的这一技术方案，避免采用编码器电机30，维护便利，使用寿命长，成本低，并且，传感器检测结果不受电机30转速值影响，测量结果稳定可靠。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种具有精确定位功能的运动平台，其特征在于，包括底座(10)、传动机构、电机(30)、载具平台(60)、霍尔转速传感器(40)和控制装置(50)；

所述底座(10)固定在地面上，具有一空腔和一平行于地面的上表面；

所述传动机构包括相互啮合的第一齿轮(21)和第二齿轮(22)，第一齿轮(21)和第二齿轮(22)安装在底座(10)上方，第一齿轮(21)和第二齿轮(22)的轴中心线均垂直于底座(10)的上表面；

所述电机(30)固定在底座(10)的空腔内，其输出轴固定安装在第二齿轮(22)中心处，输出轴的延伸方向与第二齿轮(22)的轴中心线重叠；

所述载具平台(60)位于第一齿轮(21)上方，且固定安装在第一齿轮(21)上；

所述电机(30)与控制装置(50)电连接，被设置成根据控制装置(50)的指令调整电机(30)的转速以使第二齿轮(22)转动；

所述霍尔转速传感器(40)具有一探头，探头固定安装在临近第一齿轮(21)处，探头与第一齿轮(21)的距离小于第一设定距离，与第二齿轮(22)的距离大于第二设定距离；

所述霍尔转速传感器(40)与控制装置(50)电连接，被设置成实时探测第一齿轮(21)转速和角度变化，并将探测结果反馈至控制装置(50)。

2.根据权利要求1所述的具有精确定位功能的运动平台，其特征在于，所述霍尔转速传感器(40)还具有一信号处理电路，信号处理电路与探头电连接；

所述探头内设置有一永磁磁钢，用以在探头所处位置形成磁场；

所述探头被设置成实时探测所处位置的磁场强度变化，并将探测结果反馈至信号处理电路，信号处理电路将接收到的磁场强度变化转变成电信号发送至控制装置(50)。

3.根据权利要求1所述的具有精确定位功能的运动平台，其特征在于，所述第一设定距离为5mm。

4.根据权利要求1所述的具有精确定位功能的运动平台，其特征在于，所述第二设定距离为3cm。

5.根据权利要求1所述的具有精确定位功能的运动平台，其特征在于，所述载具平台(60)包括相互平行的上平台(61)和下平台(62)、伺服驱动装置(63)和载具；

所述下平台(62)固定在第一齿轮(21)上；

所述载具固定在上平台(61)上；

所述伺服驱动装置(63)位于上平台(61)和下平台(62)之间，包括若干个可伸缩的推动机构，每个推动机构具有一固定端和一伸缩端，固定端通过虎克铰以安装在下平台(62)上，伸缩端通过虎克铰以安装在上平台(61)上。

6.根据权利要求5所述的具有精确定位功能的运动平台，其特征在于，所述推动机构采用伺服电动缸，伺服电动缸的固定部安装在下平台(62)上，伺服电动缸的运动部安装在上平台(61)上。

7.根据权利要求1所述的具有精确定位功能的运动平台，其特征在于，所述运动平台具有信号指示装置。

8.根据权利要求1所述的具有精确定位功能的运动平台，其特征在于，所述第一齿轮(21)采用铁磁性材料制成。

9.根据权利要求1所述的具有精确定位功能的运动平台，其特征在于，所述第一齿轮(21)的直径大于第二齿轮(22)的直径。