套筒式加壓機(jī)構(gòu)電機(jī)控制部分研究

于 慶 陳倩男

（齊齊哈爾工程學(xué)院， 黑龍江 齊齊哈爾 161005）

套筒式加壓機(jī)構(gòu)電機(jī)控制部分研究

于 慶 陳倩男

（齊齊哈爾工程學(xué)院， 黑龍江 齊齊哈爾 161005）

套筒式加壓機(jī)構(gòu)是血壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其工作原理是利用兩個(gè)螺旋傳動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的舉升過程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加壓功能。本文主要對(duì)套筒式加壓機(jī)構(gòu)電機(jī)的性能和特點(diǎn)進(jìn)行了研究，并對(duì)JR NES-703型號(hào)舵機(jī)的改裝與測(cè)試及測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析，性能檢測(cè)結(jié)果表明該機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，行程準(zhǔn)確，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

套筒式加壓機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)，性能測(cè)試

套筒式加壓方式大體分為偏心輪、連桿機(jī)構(gòu)、電機(jī)帶動(dòng)蝸輪齒條、伸縮滑軌、螺旋傳動(dòng)等幾種，經(jīng)過比較，本文螺旋傳動(dòng)加壓方式，該方式既能滿足整體尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于精確控制，還帶自鎖能力，又能節(jié)約成本，滿足各項(xiàng)要求。套筒式加壓機(jī)構(gòu)的電機(jī)控制部分的電機(jī)采用的是用于收放航模起落架的電機(jī)，由于該電機(jī)控制方式可借鑒的資料很少，所以本文的主要內(nèi)容為熟悉電機(jī)的控制方式，改裝與測(cè)試電機(jī)及對(duì)電機(jī)控制進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。

1 套筒式加壓機(jī)構(gòu)的工作原理

伺服電機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源，它通過齒輪傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到提升裝置即套筒式加壓機(jī)構(gòu)。套筒式加壓機(jī)構(gòu)的上升，壓迫傳感器檢測(cè)裝置上的氣囊，使其體積變小，壓強(qiáng)變大，進(jìn)而迫使血管體積變化，這種變化能被傳感器檢測(cè)裝置中紅外傳感器捕捉到，經(jīng)過處理的信號(hào)再被反饋給電機(jī)以控制電機(jī)下一步動(dòng)作，同時(shí)信號(hào)將被記錄下來。根據(jù)容積振動(dòng)法原理，利用數(shù)據(jù)處理和濾波電路，經(jīng)過分析、濾波，即可測(cè)得較準(zhǔn)確的血壓值。完成一個(gè)血壓測(cè)量后，電機(jī)會(huì)自動(dòng)反轉(zhuǎn)，使整個(gè)機(jī)構(gòu)回到初始位置，為下一次測(cè)量做好準(zhǔn)備。

2 電機(jī)控制方式

（1）電機(jī)類型選擇 電機(jī)是整個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力部件，性能能否滿足要求，直接影響整個(gè)裝置的功能能否實(shí)現(xiàn)，根據(jù)該裝置的特點(diǎn)和要求選直流電機(jī)。

由于該裝置最終的安放位置在座便器的側(cè)壁內(nèi)，因此尺寸不能太大，基本尺寸要求L×W×H=110×80×50，長(zhǎng)度單位mm。除去套筒式伸縮機(jī)構(gòu)的位置，能留下安放電機(jī)的空間非常有限。又電機(jī)的速度控制應(yīng)滿足在測(cè)血壓時(shí)滿足血壓的檢測(cè)值是線性上升的，這就要求電機(jī)應(yīng)有很好的力矩特性和可控制性，并且為了控制的精確最好有反饋環(huán)節(jié)。根據(jù)以上分析，應(yīng)選用伺服電機(jī)。

（2）伺服機(jī)的構(gòu)造 伺服機(jī)工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給伺服機(jī)，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，再驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)由位置檢測(cè)器送回訊號(hào)，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。

（3）舵機(jī)工作原理 舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，它接收一定的控制信號(hào)，輸出一定的角度。以日本FUTABA—S3003型舵機(jī)為例進(jìn)行說明，控制信號(hào)由接收機(jī)的通道進(jìn)入信號(hào)調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個(gè)基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準(zhǔn)信號(hào)，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，通過級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，直到電壓差為0，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)的控制信號(hào)是PWM信號(hào)，利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置。

（4）舵機(jī)控制方法 標(biāo)準(zhǔn)的舵機(jī)有三條導(dǎo)線，分別是：電源線、地線、控制線。電源線和地線用于提供舵機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)和控制線路所需的能源，電壓通常介于4V-6V之間，一般取5V。注意給舵機(jī)供電的電源應(yīng)能提供足夠的功率。控制線輸入的是一個(gè)寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號(hào)，方波脈沖信號(hào)的周期是20ms（即頻率為50Hz）。當(dāng)方波的脈沖寬度改變時(shí)，舵機(jī)轉(zhuǎn)軸的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比關(guān)系。

3 JR NES-703型號(hào)舵機(jī)的改裝與測(cè)試

（1）舵機(jī)改裝過程

NES-703舵機(jī)改裝過程為：

a、拆開電機(jī)，在齒輪減速器上，有個(gè)限制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限位部件，將其去除，即可。

b、與輸出軸相連的齒輪和電位器之間是鍵連接，將這個(gè)鍵去掉，并把它的阻值設(shè)在一個(gè)合適的值內(nèi)。

這就完成了一個(gè)電機(jī)的改裝。這樣改裝的作用是，第一步使齒輪在結(jié)構(gòu)上能實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；第二步通過去除連接鍵，從電路結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，判斷正反轉(zhuǎn)。改裝后應(yīng)達(dá)到的要求：能實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并明確能控制其正反轉(zhuǎn)的脈沖寬度，便于為下一步電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。

（2）舵機(jī)測(cè)試過程

對(duì)改裝后的電機(jī)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試電路示意圖如圖4—1所示：

圖4 —1 測(cè)試電機(jī)示意圖

穩(wěn)壓直流電源為舵機(jī)內(nèi)部的直流電機(jī)和控制線路提供所需的能源，為防止電機(jī)燒毀，取電機(jī)的測(cè)試電壓4.8V。

函數(shù)脈沖功率發(fā)生器為電機(jī)提供50Hz的方波脈沖，模擬控制信號(hào)，并且脈沖寬度可以在0～20ms內(nèi)調(diào)節(jié)。

（1）在頻率為5 0 H z，脈寬在0.5～2ms內(nèi)測(cè)試電機(jī)，此時(shí)電位器在中間位置。測(cè)試結(jié)果：每調(diào)節(jié)一次脈寬，在這個(gè)脈寬時(shí)，反復(fù)幾次斷開后再接通這個(gè)信號(hào)，電機(jī)反映：時(shí)轉(zhuǎn)時(shí)不轉(zhuǎn)，而且電機(jī)只朝順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）測(cè)試結(jié)果分析

沒有完全達(dá)到改裝的要求。從以上測(cè)試結(jié)果中可以看出，電機(jī)經(jīng)過改裝后，已經(jīng)從只能轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度變?yōu)榱四苓B續(xù)滿圈轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，但還應(yīng)看到該電機(jī)的控制方式還不明確，未能實(shí)現(xiàn)控制其正反轉(zhuǎn)的功能。要想明確其控制方式，還需改變思路，采用其它測(cè)量方法，進(jìn)行測(cè)試，但由于時(shí)間的限制，這步工作現(xiàn)在尚未完成，正在進(jìn)行中。

結(jié)論

套筒式加壓機(jī)構(gòu)主要安放在較小的空間內(nèi), 所以加壓機(jī)構(gòu)要求體積小、行程大、運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，加壓時(shí)傳感器位置穩(wěn)定。本文主要對(duì)套筒式加壓機(jī)構(gòu)電機(jī)的控制部分進(jìn)行了研究，電機(jī)控制部分主要研究了伺服電機(jī)的性能和特點(diǎn)，并對(duì)JR NES-703型號(hào)舵機(jī)的改裝與測(cè)試及測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。通過檢測(cè)表明套筒式加壓機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，行程準(zhǔn)確，從而達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

[1] 李超棠．螺旋加壓機(jī)構(gòu)在全自動(dòng)推拉氣密門中的設(shè)計(jì)總結(jié)[J]．裝備制造技術(shù)．2008．

[2] 畢曄．飛航導(dǎo)彈舵機(jī)數(shù)字化伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D]．電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文．2012．