專利名稱：角度自動調(diào)節(jié)裝置及角度調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種角度自動調(diào)節(jié)裝置，主要用于對象的角度調(diào)整，本發(fā)明還涉及應用該角度調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法。主題名稱中的自動區(qū)別于手動。
背景技術(shù)：
工業(yè)現(xiàn)場需要進行角度調(diào)節(jié)控制的情況非常多，比如工作臺、擺臂等對象的角度調(diào)節(jié)。典型的角度自動調(diào)節(jié)裝置均采用閉環(huán)控制，含有用于測量轉(zhuǎn)角的傳感器，如編碼器， 以采集角度調(diào)節(jié)控制對象實時轉(zhuǎn)角，同時設(shè)置用于接納該傳感器反饋的實時轉(zhuǎn)角信號的控制裝置，如控制器、單片機或者PLC，控制裝置輸出控制一伺服電機或者步進電機通過機械傳動鏈驅(qū)動作用于角度調(diào)整對象的升降機構(gòu)而實現(xiàn)角度調(diào)整。依據(jù)上述結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)角度自動調(diào)節(jié)裝置傳動環(huán)節(jié)多，結(jié)構(gòu)復雜，且采用成本較高的閉環(huán)控制，整體成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種容易實現(xiàn)，且易于控制的角度自動調(diào)節(jié)裝置，同時還提供了一種應用該角度自動調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)方法。依據(jù)本發(fā)明的一個方面
本發(fā)明角度自動調(diào)節(jié)裝置，被調(diào)節(jié)的工業(yè)對象限定有兩個鉸接點，一個鉸接點為支點， 另一個鉸接點為驅(qū)動點，該調(diào)節(jié)裝置包括通過第二鉸鏈鉸接于所述支點的支撐架，固定鉸支在該支撐架上而形成有繞對應鉸支點轉(zhuǎn)動自由度的升降機，以及設(shè)置在該升降機上以測量該升降機升降量的測量裝置；
其中，所述升降機的驅(qū)動端鉸接于所述驅(qū)動點；
對應地，該調(diào)節(jié)裝置還包括輸入連接所述測量裝置的邏輯控制運算裝置，以及與該邏輯控制運算裝置相連的人機交互裝置。上述角度自動調(diào)節(jié)裝置，所述升降機的升降機構(gòu)為其機架固定鉸支在所述支點的絲母絲杠機構(gòu)，相應地，絲杠驅(qū)動端接合于所述驅(qū)動點；
作為所述測量裝置的一接近開關(guān)設(shè)置于所述機架上，該接近開關(guān)的感應端正對所述絲杠，且該接近開關(guān)輸出連接于所述邏輯控制運算裝置的高速脈沖輸入端子。上述角度自動調(diào)節(jié)裝置，還包括在所述絲杠軸向設(shè)置在所述機架上下端部的各一個限位行程開關(guān)，以保護升降機。上述角度自動調(diào)節(jié)裝置，所述限位行程開關(guān)也采用接近開關(guān)，且與作為測量裝置的接近開關(guān)一同選擇為圓柱形接近開關(guān)。上述角度自動調(diào)節(jié)裝置，作為測量裝置的接近開關(guān)的直徑優(yōu)選為8mm。上述角度自動調(diào)節(jié)裝置，所述升降機的原動件為一剎車電機。依據(jù)本發(fā)明的另一個方面的一種角度自動調(diào)節(jié)方法，首先被調(diào)節(jié)的工業(yè)對象限定有中心距為c的兩個鉸接點，一個鉸接點為支點，另一個鉸接點為驅(qū)動點；其中，所述支點鉸接使工業(yè)對象含有轉(zhuǎn)動自由度而具有角度調(diào)節(jié)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，相應地，一升降機固定鉸支且驅(qū)動端鉸接于所述驅(qū)動點，其中固定鉸支與所述鉸接點的中心距為b，固定鉸支與驅(qū)動點的中心距為變量a，形成一具有一邊為變量的三角形，其中變量a所對的角 A即為工業(yè)對象的調(diào)整角；
測量所述變量a的伸長量，利用
計算出角度A ；
in
從而，通過輸入角度A，反求變量a ；或通過測量變量a，而通過控制該變量a而控制角度A的大小。上述一種角度自動調(diào)節(jié)方法，所述變量a的測量方法為選用絲母絲杠機構(gòu)作為所述升降機的機構(gòu)，一接近開關(guān)正對絲杠，通過接近開關(guān)對絲杠牙型的識別而形成讀數(shù)脈沖， 根據(jù)讀取的脈沖數(shù)確定絲杠伸長的螺牙個數(shù)，進而依據(jù)絲杠的既定導程與螺牙個數(shù)對應的導程數(shù)的乘積而得到絲杠的伸長量。上述一種角度自動調(diào)節(jié)方法，還包括校正誤差的步驟，該步驟為所采集的脈沖若第一次為高電平信號則到下一次高電平信號為一個導程，若第一次為低電平信號則到下一次低電平信號為一個導程。依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明所依賴的自然規(guī)律非常簡單，也就是余弦定理，對應地，相應的機械結(jié)構(gòu)的主體為構(gòu)造幾個轉(zhuǎn)動副，以及一個升降機，傳動環(huán)節(jié)非常少，機械結(jié)構(gòu)的復雜性大大降低。而實現(xiàn)中只需要通過測量裝置測量一個變量，通過對該變量的簡單計算就可以獲得相關(guān)的調(diào)節(jié)角度，計算量也很小，相比而言，響應速度非?？?。


圖1為依據(jù)本發(fā)明的一種角度自動調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2為脈沖信號采集的信號狀態(tài)圖。圖中1、平臺，2、絲杠，3、固定座，4、上限位接近開關(guān)，5、計數(shù)接近開關(guān)，6、支撐架， 7、下限位接近開關(guān)，8底座，9、升降機，10、第一鉸鏈，11、第二鉸鏈，12、銷軸，13、剎車電機。
具體實施例方式如背景技術(shù)部分所述，角度調(diào)節(jié)的工業(yè)對象比較多，比如工作臺、擺臂等對象，但調(diào)節(jié)特點大同小異，差別多僅在于結(jié)構(gòu)強度和調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的偏差上，基本結(jié)構(gòu)基本一致。下面說明附圖1所示的平臺1為調(diào)整的工業(yè)對象為例對本發(fā)明的技術(shù)方案做更詳細的闡述。如圖1所示是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案的一種角度自動調(diào)節(jié)裝置，圖中被調(diào)節(jié)的工業(yè)對象為一平臺，限定有兩個鉸接點，一個鉸接點為支點，圖1中第二鉸鏈11對應的鉸接點， 另一個鉸接點為驅(qū)動點，圖1中第一鉸鏈10對應的鉸接點。從而，該調(diào)節(jié)裝置包括通過第二鉸鏈11鉸接于所述支點的支撐架6，固定鉸支在該支撐架上而形成有繞對應鉸支點轉(zhuǎn)動自由度的升降機9，以及設(shè)置在該升降機上以測量該升降機升降量的測量裝置；其中，所述升降機9的驅(qū)動端鉸接于所述驅(qū)動點；
對應地，該調(diào)節(jié)裝置還包括輸入連接所述測量裝置的邏輯控制運算裝置，以及與該邏輯控制運算裝置相連的人機交互裝置。那么如圖1所示，必然第二鉸鏈11與第一鉸鏈10的中心矩是固定的，而第二鉸鏈 11與固定鉸支的中心距也是固定的，構(gòu)成的三角形中變量只有一個，也就是固定鉸支與第一鉸鏈10的中心距。圖1中固定鉸支通過銷軸12連接形成。鉸支，又稱鉸支座，按照理論力學的一般分類，包括固定鉸支和活動鉸支，為了減少變量，同時簡化結(jié)構(gòu)，采用固定鉸支。關(guān)于升降機，為簡化結(jié)構(gòu)，選擇直線調(diào)整的機構(gòu)，如液壓缸、絲母絲杠機構(gòu)，但不能用氣缸。若采用液壓缸，相應的測量裝置選用光柵尺。較佳的選擇是所述升降機的升降機構(gòu)為其機架固定鉸支在所述支點的絲母絲杠機構(gòu)，相應地，絲杠驅(qū)動端接合于所述驅(qū)動點；絲母絲杠機構(gòu)的精度高，且測量可以采用編碼器測量，如在絲杠2的軸端連接一光柵傳感器，通過測量絲杠的轉(zhuǎn)數(shù)而計算絲杠的伸長量。進一步的選擇是作為所述測量裝置的一接近開關(guān)設(shè)置于所述機架上，該接近開關(guān)的感應端正對所述絲杠，且該接近開關(guān)輸出連接于所述邏輯控制運算裝置的高速脈沖輸入端子。接近開關(guān)的成本要遠低于光柵傳感器，成本低，并且依據(jù)本方案的調(diào)節(jié)裝置中為了滿足平臺1的可靠支撐，如第二鉸鏈與第一鉸鏈的中心距要遠大于絲杠的導程，如該中心距為1000mm，絲杠導程為2mm，對應的角度變化非常小，技術(shù)誤差可以忽略不計。如說明書附圖2所示，絲杠螺牙的固有屬性決定了圖1中計數(shù)接近開關(guān)的計數(shù)特點，會產(chǎn)生圖2上邊的信號波形，當然，該信號波形是示意之后的產(chǎn)物，表示于圖中是為了更直觀的表達。通過數(shù)字化處理可以產(chǎn)生如2所示的脈沖波形。一旦產(chǎn)生的是脈沖波形， 那么計數(shù)在計算機通信電路中就是非常容易實現(xiàn)的。以此為原理，下面就依據(jù)本方案的一種角度自動調(diào)節(jié)方法進行闡述。首先，無論是單片機、控制器還是PLC都有多個計數(shù)器，且一般也都配有對應于某一計數(shù)器的高速脈沖端口，高速脈沖越來越多的應用到產(chǎn)業(yè)中來，相關(guān)規(guī)范較早的出現(xiàn)在國外，在中國也有比較早的歷史。如1990年10月由浙江大學出版社出版的教材《高速脈沖技術(shù)》就對高速脈沖進行了系統(tǒng)的論述。本方案應用之，主要是保證數(shù)據(jù)采集的精度。進而，關(guān)于角度自動調(diào)節(jié)方法，首先被調(diào)節(jié)的工業(yè)對象限定有中心距為c的兩個鉸接點，一個鉸接點為支點，另一個鉸接點為驅(qū)動點；
其中，所述支點鉸接使工業(yè)對象含有轉(zhuǎn)動自由度而具有角度調(diào)節(jié)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，相應地，一升降機固定鉸支且驅(qū)動端鉸接于所述驅(qū)動點，其中固定鉸支與所述鉸接點的中心距為b，固定鉸支與驅(qū)動點的中心距為變量a，形成一具有一邊為變量的三角形，其中變量a所對的角 A即為工業(yè)對象的調(diào)整角；測量所述變量a的伸長量，利用
余弦定m^kn-'Aiami, casA= ^tf 計算出角度 A;
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從而，通過輸入角度A，反求變量a ；或通過測量變量a，而通過控制該變量a而控制角度A的大小。
通過人機界面等人機交互裝置輸入角度A或者變量a就都可以通過簡單的運算求得控制量，進而控制相關(guān)機械裝置動作就可以獲得所需要的結(jié)構(gòu)位置。如前所述，所述變量a的測量方法為選用絲母絲杠機構(gòu)作為所述升降機的機構(gòu)， 一接近開關(guān)正對絲杠，通過接近開關(guān)對絲杠牙型的識別而形成讀數(shù)脈沖，根據(jù)讀取的脈沖數(shù)確定絲杠伸長的螺牙個數(shù)，進而依據(jù)絲杠的既定導程與螺牙個數(shù)對應的導程數(shù)的乘積而得到絲杠的伸長量。進一步地，還包括校正誤差的步驟，該步驟為所采集的脈沖若第一次為高電平信號則到下一次高電平信號為一個導程，若第一次為低電平信號則到下一次低電平信號為一個導程，從而，可以進一步的提高調(diào)節(jié)精度。關(guān)于所述角度自動調(diào)節(jié)裝置，進一步的選擇是還包括在所述絲杠軸向設(shè)置在所述機架上下端部的各一個限位行程開關(guān)，以保護升降機，如附圖1中所示的下限位行程開關(guān)7 和上限位行程開關(guān)4。關(guān)于這兩個行程開關(guān)，還可以變現(xiàn)為角度調(diào)整原始位置的確定點，如下行程限位開關(guān)，表示為調(diào)零點，在此處進行零位的校正。關(guān)于所采用接近開關(guān)，選擇為圓柱形接近開關(guān)，因應本方案的機械結(jié)構(gòu)，可以獲得比較高的測量精度。進一步地，作為測量裝置的接近開關(guān)的直徑優(yōu)選為8mm，以避免螺牙的導程的負面影響，產(chǎn)生干擾脈沖。所述升降機9的原動件為一剎車電機13。剎車電機又名電磁失電制動電機、制動異步電動機，是全封閉、自扇冷、鼠籠型，附加直流電磁鐵制動器的異步電機。剎車電機有高精度的定位要求。作為剎車電機應該具備剎車迅速，定位準確，安全可靠，剎車系統(tǒng)可互換使用，結(jié)構(gòu)要簡單，更換維修簡便等特點。很多工廠需要剎車電機來控制電機慣性，達到要求的準確定位，來實現(xiàn)機械的自動工作。
權(quán)利要求
1.一種角度自動調(diào)節(jié)裝置，被調(diào)節(jié)的工業(yè)對象限定有兩個鉸接點，一個鉸接點為支點， 另一個鉸接點為驅(qū)動點，其特征在于，該調(diào)節(jié)裝置包括通過第二鉸鏈(11)鉸接于所述支點的支撐架(6)，固定鉸支在該支撐架上而形成有繞對應鉸支點轉(zhuǎn)動自由度的升降機(9)，以及設(shè)置在該升降機上以測量該升降機升降量的測量裝置；其中，所述升降機(9)的驅(qū)動端鉸接于所述驅(qū)動點；對應地，該調(diào)節(jié)裝置還包括輸入連接所述測量裝置的邏輯控制運算裝置，以及與該邏輯控制運算裝置相連的人機交互裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度自動調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述升降機的升降機構(gòu)為其機架固定鉸支在所述支點的絲母絲杠機構(gòu)，相應地，絲杠驅(qū)動端接合于所述驅(qū)動點；作為所述測量裝置的一接近開關(guān)設(shè)置于所述機架上，該接近開關(guān)的感應端正對所述絲杠，且該接近開關(guān)輸出連接于所述邏輯控制運算裝置的高速脈沖輸入端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的角度自動調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，還包括在所述絲杠軸向設(shè)置在所述機架上下端部的各一個限位行程開關(guān)，以保護升降機。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的角度自動調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述限位行程開關(guān)也采用接近開關(guān)，且與作為測量裝置的接近開關(guān)一同選擇為圓柱形接近開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的角度自動調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，作為測量裝置的接近開關(guān)的直徑優(yōu)選為8mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的角度自動調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，所述升降機(9)的原動件為一剎車電機(13)。
7.一種角度自動調(diào)節(jié)方法，其特征在于，首先被調(diào)節(jié)的工業(yè)對象限定有中心距為c的兩個鉸接點，一個鉸接點為支點，另一個鉸接點為驅(qū)動點；其中，所述支點鉸接使工業(yè)對象含有轉(zhuǎn)動自由度而具有角度調(diào)節(jié)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，相應地，一升降機固定鉸支且驅(qū)動端鉸接于所述驅(qū)動點，其中固定鉸支與所述鉸接點的中心距為b，固定鉸支與驅(qū)動點的中心距為變量a，形成一具有一邊為變量的三角形，其中變量a所對的角 A即為工業(yè)對象的調(diào)整角；測量所述變量a的伸長量，利用從而，通過輸入角度A，反求變量a ；或通過測量變量a，而通過控制該變量a而控制角度A的大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種角度自動調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述變量a的測量方法為選用絲母絲杠機構(gòu)作為所述升降機的機構(gòu)，一接近開關(guān)正對絲杠，通過接近開關(guān)對絲杠牙型的識別而形成讀數(shù)脈沖，根據(jù)讀取的脈沖數(shù)確定絲杠伸長的螺牙個數(shù)，進而依據(jù)絲杠的既定導程與螺牙個數(shù)對應的導程數(shù)的乘積而得到絲杠的伸長量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種角度自動調(diào)節(jié)方法，其特征在于，還包括校正誤差的步驟，該步驟為所采集的脈沖若第一次為高電平信號則到下一次高電平信號為一個導程，若第一次為低電平信號則到下一次低電平信號為一個導程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種角度自動調(diào)節(jié)裝置以及自動調(diào)節(jié)方法，發(fā)明點為被調(diào)節(jié)的工業(yè)對象限定有兩個鉸接點，一個鉸接點為支點，另一個鉸接點為驅(qū)動點，該調(diào)節(jié)裝置包括通過第二鉸鏈鉸接于所述支點的支撐架，固定鉸支在該支撐架上而形成有繞對應鉸支點轉(zhuǎn)動自由度的升降機，以及設(shè)置在該升降機上以測量該升降機升降量的測量裝置；其中，所述升降機的驅(qū)動端鉸接于所述驅(qū)動點；對應地，該調(diào)節(jié)裝置還包括輸入連接所述測量裝置的邏輯控制運算裝置，以及與該邏輯控制運算裝置相連的人機交互裝置。依據(jù)本發(fā)明的角度自動調(diào)節(jié)裝置容易實現(xiàn)，且易于控制。
文檔編號G05D3/12GK102419600SQ20111038623
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者安寧 申請人:濟南德佳玻璃機器有限公司