套筒式加壓機構(gòu)電機控制部分研究

于 慶 陳倩男

（齊齊哈爾工程學(xué)院， 黑龍江 齊齊哈爾 161005）

套筒式加壓機構(gòu)電機控制部分研究

于 慶 陳倩男

（齊齊哈爾工程學(xué)院， 黑龍江 齊齊哈爾 161005）

套筒式加壓機構(gòu)是血壓監(jiān)測系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其工作原理是利用兩個螺旋傳動控制機構(gòu)的舉升過程，進而實現(xiàn)加壓功能。本文主要對套筒式加壓機構(gòu)電機的性能和特點進行了研究，并對JR NES-703型號舵機的改裝與測試及測試結(jié)果進行了分析，性能檢測結(jié)果表明該機構(gòu)轉(zhuǎn)動靈活，行程準確，達到了預(yù)期的設(shè)計目的。

套筒式加壓機構(gòu)，伺服電機，性能測試

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

1 套筒式加壓機構(gòu)的工作原理

伺服電機是整個系統(tǒng)的動力源，它通過齒輪傳動將動力傳遞到提升裝置即套筒式加壓機構(gòu)。套筒式加壓機構(gòu)的上升，壓迫傳感器檢測裝置上的氣囊，使其體積變小，壓強變大，進而迫使血管體積變化，這種變化能被傳感器檢測裝置中紅外傳感器捕捉到，經(jīng)過處理的信號再被反饋給電機以控制電機下一步動作，同時信號將被記錄下來。根據(jù)容積振動法原理，利用數(shù)據(jù)處理和濾波電路，經(jīng)過分析、濾波，即可測得較準確的血壓值。完成一個血壓測量后，電機會自動反轉(zhuǎn)，使整個機構(gòu)回到初始位置，為下一次測量做好準備。

2 電機控制方式

（1）電機類型選擇 電機是整個機構(gòu)的動力部件，性能能否滿足要求，直接影響整個裝置的功能能否實現(xiàn)，根據(jù)該裝置的特點和要求選直流電機。

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，長度單位mm。除去套筒式伸縮機構(gòu)的位置，能留下安放電機的空間非常有限。又電機的速度控制應(yīng)滿足在測血壓時滿足血壓的檢測值是線性上升的，這就要求電機應(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。

（2）伺服機的構(gòu)造 伺服機工作原理是由接收機發(fā)出訊號給伺服機，經(jīng)由電路板上的IC判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動無核心馬達開始轉(zhuǎn)動，通過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經(jīng)到達定位。

（3）舵機工作原理 舵機是一種位置伺服的驅(qū)動器，它接收一定的控制信號，輸出一定的角度。以日本FUTABA—S3003型舵機為例進行說明，控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1.5ms的基準信號，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，電壓差的正負輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。當電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，直到電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。舵機的控制信號是PWM信號，利用占空比的變化改變舵機的位置。

（4）舵機控制方法 標準的舵機有三條導(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內(nèi)部的直流電機和控制線路所需的能源，電壓通常介于4V-6V之間，一般取5V。注意給舵機供電的電源應(yīng)能提供足夠的功率。控制線輸入的是一個寬度可調(diào)的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期是20ms（即頻率為50Hz）。當方波的脈沖寬度改變時，舵機轉(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型號舵機的改裝與測試

（1）舵機改裝過程

NES-703舵機改裝過程為：

a、拆開電機，在齒輪減速器上，有個限制齒輪轉(zhuǎn)動角度的限位部件，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，將這個鍵去掉，并把它的阻值設(shè)在一個合適的值內(nèi)。

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

（2）舵機測試過程

對改裝后的電機進行測試，測試電路示意圖如圖4—1所示：

圖4 —1 測試電機示意圖

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

函數(shù)脈沖功率發(fā)生器為電機提供50Hz的方波脈沖，模擬控制信號，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)測試電機，此時電位器在中間位置。測試結(jié)果：每調(diào)節(jié)一次脈寬，在這個脈寬時，反復(fù)幾次斷開后再接通這個信號，電機反映：時轉(zhuǎn)時不轉(zhuǎn)，而且電機只朝順時針方向轉(zhuǎn)動。

（2）測試結(jié)果分析

沒有完全達到改裝的要求。從以上測試結(jié)果中可以看出，電機經(jīng)過改裝后，已經(jīng)從只能轉(zhuǎn)動一定角度變?yōu)榱四苓B續(xù)滿圈轉(zhuǎn)動的電機，但還應(yīng)看到該電機的控制方式還不明確，未能實現(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，采用其它測量方法，進行測試，但由于時間的限制，這步工作現(xiàn)在尚未完成，正在進行中。

結(jié)論

套筒式加壓機構(gòu)主要安放在較小的空間內(nèi), 所以加壓機構(gòu)要求體積小、行程大、運轉(zhuǎn)靈活，加壓時傳感器位置穩(wěn)定。本文主要對套筒式加壓機構(gòu)電機的控制部分進行了研究，電機控制部分主要研究了伺服電機的性能和特點，并對JR NES-703型號舵機的改裝與測試及測試結(jié)果進行了分析。通過檢測表明套筒式加壓機構(gòu)能實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動靈活，行程準確，從而達到了預(yù)期的設(shè)計目的。

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

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