專利名稱：伺服裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于根據(jù)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(chǎn)業(yè)用無線電控制裝置、機(jī)器人中使用的伺服裝置。
背景技術(shù)：
在無線電控制用的被操縱裝置中，搭載有接收從發(fā)送機(jī)發(fā)送的信號的接收機(jī)、和用于操作操作對象的多個伺服裝置。接收機(jī)將所接收到的信號變換為各通道的每一個的脈沖寬度調(diào)制后的信號(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(xiàn)1等所述，伺服裝置具有馬達(dá)，通過減速機(jī)構(gòu)使馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)減速而使輸出軸的伺服臂在一定的角度范圍(例如從基準(zhǔn)位置起士60° )內(nèi)轉(zhuǎn)動，來進(jìn)行操作。 在伺服裝置中，在減速機(jī)構(gòu)的輸出軸上安裝有電位器，檢測輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度，將脈沖寬度作為控制信號，進(jìn)行反饋控制，以成為期望的旋轉(zhuǎn)角度的方式進(jìn)行控制。
專利文獻(xiàn)1 日本特開2007-318986號公報發(fā)明內(nèi)容
然而，在以往的伺服裝置中，因為輸出軸頻繁地轉(zhuǎn)動，所以電位器也頻繁地轉(zhuǎn)動。 另外，易于從外部對輸出軸施加壓力，且對電位器也施加壓力，所以存在電位器易于劣化這樣的缺點。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(zhǔn)位置(中性)的角度偏移，而無法進(jìn)行期望的旋轉(zhuǎn)動作。因此，存在伺服馬達(dá)需要頻繁地更換這樣的缺點。
本發(fā)明是著眼于這樣的以往的問題而完成的，其目的在于無需使用電位器而能夠非接觸地檢測輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度，提高伺服裝置的可靠性并且實現(xiàn)長壽命化。
為了解決該課題，本發(fā)明提供一種伺服裝置，包括馬達(dá)；減速機(jī)構(gòu)，與所述馬達(dá)連結(jié)，使所述馬達(dá)的輸出減速；磁鐵，安裝于所述減速機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸；磁傳感器，基于所述磁鐵的轉(zhuǎn)動，檢測伺服臂的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度；以及控制部，基于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(dá)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)地從所述磁傳感器得到的輸出作為直線地變化的旋轉(zhuǎn)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(jìn)行A/D變換，所述線性變換部使用函數(shù)將由所述A/D變換部變換的數(shù)字信號的變化變換為直線狀地變化的數(shù)據(jù)。
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(jìn)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(shù)字信號的變化變換為直線狀地變化的數(shù)據(jù)。
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(jù)具有這樣的特征的本發(fā)明，通過磁鐵和磁傳感器檢測伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角度。因此，得到不會由于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(xiàn)長壽命化這樣的效果。


圖1是示出本發(fā)明的實施方式的伺服裝置的整體結(jié)構(gòu)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(jìn)行檢測的磁傳感器的配置的圖。
圖4是示出旋轉(zhuǎn)角度與磁檢測器的電壓、A/D變換數(shù)據(jù)以及線性變換數(shù)據(jù)的關(guān)系的圖。
(符號說明)
10 基板；11 馬達(dá)；12 減速機(jī)構(gòu)；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 脈沖寬度角度數(shù)據(jù)變換部；24 差分運算部；25 馬達(dá)驅(qū)動器。
具體實施方式
圖1是示出本發(fā)明的實施方式的伺服裝置的整體結(jié)構(gòu)的立體圖。如該圖所示，在基板10上安裝了馬達(dá)11。對馬達(dá)11依次連結(jié)了構(gòu)成減速機(jī)構(gòu)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如后所述，是圓板狀的磁性體。另外，與該磁鐵板 16隔開規(guī)定的間隔而配置磁傳感器17。磁傳感器17對伴隨于磁鐵板16的旋轉(zhuǎn)的磁變化進(jìn)行檢測，得到旋轉(zhuǎn)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(jìn)行放大。在本實施方式中，作為磁傳感器17使用了霍爾元件?；魻栐头糯笃?8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(guī)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(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其輸出被施加到線性變換部22。線性變換部22將旋轉(zhuǎn)角度信息變換為直線的數(shù)據(jù)。
另外，對該伺服馬達(dá)，從未圖示的接收機(jī)，提供脈沖寬度調(diào)制了的信號(PWM信號)。PWM信號是例如中心值為1. 5ms，脈沖寬度根據(jù)發(fā)送機(jī)的操作而在1. 5士0. 6ms的范圍內(nèi)變化的信號。從接收機(jī)對脈沖寬度角度數(shù)據(jù)變換部23提供該PWM信號。脈沖寬度角度數(shù)據(jù)變換部^將PWM信號變換為與其脈沖寬度對應(yīng)的指示數(shù)據(jù)。脈沖寬度角度數(shù)據(jù)變換部23的輸出被提供給差分運算部M。差分運算部M經(jīng)由馬達(dá)驅(qū)動器25對馬達(dá)11進(jìn)行驅(qū)動以使差分信號成為0。通過這樣構(gòu)成的反饋環(huán)，控制為與PWM信號對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角度。此處，如果磁鐵板16是完全的圓板，則起磁狀態(tài)不明，所以在制造時以什么樣的角度固定不明確，需要通過某種方法來檢測磁。因此，為了易于制造，在本實施方式中，如圖3(a)所示，設(shè)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(jié)構(gòu)，如果在此埋入圓板狀的磁鐵板16，則能夠使制造工序變得容易。此處，磁鐵板16如圖3(a)所示，從正面觀察對稱地起磁。于是，通過如圖3(a)那樣起磁，能夠視覺上判斷磁鐵板16的極性。然后，如圖3(b)所示，設(shè)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(shè)為g。
圖4(a)是示出減速機(jī)構(gòu)12的輸出軸13的旋轉(zhuǎn)角度θ與由磁傳感器16檢測的電壓的關(guān)系的曲線。如圖所示，霍爾IC19的輸出相對旋轉(zhuǎn)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(shè)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(fā)明的實施方式中，如圖4(b)所示，對霍爾IC19的輸出進(jìn)行放大，并通過A/D變換部21變換為數(shù)字信號之后，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(shù)據(jù)，但在圖4(b)、(c)中，將數(shù)據(jù)相對旋轉(zhuǎn)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(shù)的逆特性的函數(shù)、例如反正弦的函數(shù)，并適宜地設(shè)定其系數(shù)，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(zhuǎn)角度使角度數(shù)據(jù)直線地變化，能夠依舊使用以往的伺服裝置的機(jī)構(gòu)。
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(shù)而進(jìn)行變換， 但也可以預(yù)先計算針對輸入信號輸出成為線性的角度數(shù)據(jù)的表，并將該表保持于只讀存儲器(RoM)等非易失性存儲器。由此，通過根據(jù)輸入信號從該表讀出角度數(shù)據(jù)，能夠得到直線地變化的數(shù)據(jù)。
另外，在本實施方式中，根據(jù)脈沖寬度調(diào)制后的信號來控制馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度，但只要是直接提供針對應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的伺服裝置，則無需設(shè)置脈沖寬度角度數(shù)據(jù)變換部23，而能夠?qū)碜酝獠康臄?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)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(shè)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，并在該軸上安裝了伺服臂 14和磁鐵持架15，但也可以在馬達(dá)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(zhuǎn)動規(guī)定角度時，也旋轉(zhuǎn)多次，所以還需要同時檢測轉(zhuǎn)速，能夠以高分辨率檢測輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度。
進(jìn)而，在本實施方式中，將來自線性霍爾IC的輸出變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行了線性變換、差分運算，但當(dāng)然還能夠應(yīng)用于針對線性霍爾IC的輸出以模擬信號的狀態(tài)進(jìn)行線性變換，將成為控制信號的脈沖寬度變換為電壓信號，根據(jù)其差分驅(qū)動馬達(dá)驅(qū)動器的模擬類型的伺服裝置。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明無需使用電位器而能夠非接觸地檢測輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度來實現(xiàn)伺服裝置的長壽命化，所以能夠應(yīng)用于根據(jù)所輸入的控制信號驅(qū)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(chǎn)業(yè)用無線電控制裝置、機(jī)器人用的伺服裝置。
權(quán)利要求
1.一種伺服裝置，包括馬達(dá)；減速機(jī)構(gòu)，與所述馬達(dá)連結(jié)，使所述馬達(dá)的輸出減速；磁鐵，安裝于所述減速機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸；磁傳感器，基于所述磁鐵的轉(zhuǎn)動，檢測伺服臂的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度；以及控制部，基于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(dá)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)控制以使差分信號成為零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服裝置，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1所述的伺服裝置，其特征在于還包括線性變換部，與所述減速機(jī)構(gòu)的輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)地從所述磁傳感器得到的輸出作為直線地變化的旋轉(zhuǎn)角度信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服裝置，其特征在于所述控制部還具有A/D變換部，對從所述磁傳感器得到的輸出進(jìn)行A/D變換，所述線性變換部使用函數(shù)將由所述A/D變換部變換的數(shù)字信號的變化變換為直線狀地變化的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服裝置，其特征在于所述控制部還具有A/D變換部，對從所述磁傳感器得到的輸出進(jìn)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(shù)字信號的變化變換為直線狀地變化的數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服裝置，其特征在于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(jī)構(gòu)使馬達(dá)(11)的旋轉(zhuǎn)減速，在減速機(jī)構(gòu)(12)的輸出軸上設(shè)置磁鐵板(16)。另外，接近磁鐵板(16)地設(shè)置磁傳感器(17)，通過磁傳感器(17)讀出旋轉(zhuǎn)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(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度。由此，無需使用電位器，能夠非接觸地控制伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度，能夠?qū)崿F(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者渡邊寬 申請人:日本遠(yuǎn)隔制御株式會社