套筒式加压机构电机控制部分研究

于 庆 陈倩男

（齐齐哈尔工程学院， 黑龙江 齐齐哈尔 161005）

套筒式加压机构电机控制部分研究

于 庆 陈倩男

（齐齐哈尔工程学院， 黑龙江 齐齐哈尔 161005）

套筒式加压机构是血压监测系统中的关键部件，其工作原理是利用两个螺旋传动控制机构的举升过程，进而实现加压功能。本文主要对套筒式加压机构电机的性能和特点进行了研究，并对JR NES-703型号舵机的改装与测试及测试结果进行了分析，性能检测结果表明该机构转动灵活，行程准确，达到了预期的设计目的。

套筒式加压机构，伺服电机，性能测试

套筒式加压方式大体分为偏心轮、连杆机构、电机带动蜗轮齿条、伸缩滑轨、螺旋传动等几种，经过比较，本文螺旋传动加压方式，该方式既能满足整体尺寸小，结构简单，易于精确控制，还带自锁能力，又能节约成本，满足各项要求。套筒式加压机构的电机控制部分的电机采用的是用于收放航模起落架的电机，由于该电机控制方式可借鉴的资料很少，所以本文的主要内容为熟悉电机的控制方式，改装与测试电机及对电机控制进行初步设计。

1 套筒式加压机构的工作原理

伺服电机是整个系统的动力源，它通过齿轮传动将动力传递到提升装置即套筒式加压机构。套筒式加压机构的上升，压迫传感器检测装置上的气囊，使其体积变小，压强变大，进而迫使血管体积变化，这种变化能被传感器检测装置中红外传感器捕捉到，经过处理的信号再被反馈给电机以控制电机下一步动作，同时信号将被记录下来。根据容积振动法原理，利用数据处理和滤波电路，经过分析、滤波，即可测得较准确的血压值。完成一个血压测量后，电机会自动反转，使整个机构回到初始位置，为下一次测量做好准备。

2 电机控制方式

（1）电机类型选择 电机是整个机构的动力部件，性能能否满足要求，直接影响整个装置的功能能否实现，根据该装置的特点和要求选直流电机。

由于该装置最终的安放位置在座便器的侧壁内，因此尺寸不能太大，基本尺寸要求L×W×H=110×80×50，长度单位mm。除去套筒式伸缩机构的位置，能留下安放电机的空间非常有限。又电机的速度控制应满足在测血压时满足血压的检测值是线性上升的，这就要求电机应有很好的力矩特性和可控制性，并且为了控制的精确最好有反馈环节。根据以上分析，应选用伺服电机。

（2）伺服机的构造 伺服机工作原理是由接收机发出讯号给伺服机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，通过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。

（3）舵机工作原理 舵机是一种位置伺服的驱动器，它接收一定的控制信号，输出一定的角度。以日本FUTABA—S3003型舵机为例进行说明，控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，直到电压差为0，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。

（4）舵机控制方法 标准的舵机有三条导线，分别是：电源线、地线、控制线。电源线和地线用于提供舵机内部的直流电机和控制线路所需的能源，电压通常介于4V-6V之间，一般取5V。注意给舵机供电的电源应能提供足够的功率。控制线输入的是一个宽度可调的周期性方波脉冲信号，方波脉冲信号的周期是20ms（即频率为50Hz）。当方波的脉冲宽度改变时，舵机转轴的角度发生改变，角度变化与脉冲宽度的变化成正比关系。

3 JR NES-703型号舵机的改装与测试

（1）舵机改装过程

NES-703舵机改装过程为：

a、拆开电机，在齿轮减速器上，有个限制齿轮转动角度的限位部件，将其去除，即可。

b、与输出轴相连的齿轮和电位器之间是键连接，将这个键去掉，并把它的阻值设在一个合适的值内。

这就完成了一个电机的改装。这样改装的作用是，第一步使齿轮在结构上能实现连续转动；第二步通过去除连接键，从电路结构上实现能连续转动，判断正反转。改装后应达到的要求：能实现连续转动，并明确能控制其正反转的脉冲宽度，便于为下一步电机控制电路的设计做好准备。

（2）舵机测试过程

对改装后的电机进行测试，测试电路示意图如图4—1所示：

图4 —1 测试电机示意图

稳压直流电源为舵机内部的直流电机和控制线路提供所需的能源，为防止电机烧毁，取电机的测试电压4.8V。

函数脉冲功率发生器为电机提供50Hz的方波脉冲，模拟控制信号，并且脉冲宽度可以在0～20ms内调节。

（1）在频率为5 0 H z，脉宽在0.5～2ms内测试电机，此时电位器在中间位置。测试结果：每调节一次脉宽，在这个脉宽时，反复几次断开后再接通这个信号，电机反映：时转时不转，而且电机只朝顺时针方向转动。

（2）测试结果分析

没有完全达到改装的要求。从以上测试结果中可以看出，电机经过改装后，已经从只能转动一定角度变为了能连续满圈转动的电机，但还应看到该电机的控制方式还不明确，未能实现控制其正反转的功能。要想明确其控制方式，还需改变思路，采用其它测量方法，进行测试，但由于时间的限制，这步工作现在尚未完成，正在进行中。

结论

套筒式加压机构主要安放在较小的空间内, 所以加压机构要求体积小、行程大、运转灵活，加压时传感器位置稳定。本文主要对套筒式加压机构电机的控制部分进行了研究，电机控制部分主要研究了伺服电机的性能和特点，并对JR NES-703型号舵机的改装与测试及测试结果进行了分析。通过检测表明套筒式加压机构能实现连续转动灵活，行程准确，从而达到了预期的设计目的。

[1] 李超棠．螺旋加压机构在全自动推拉气密门中的设计总结[J]．装备制造技术．2008．

[2] 毕晔．飞航导弹舵机数字化伺服控制系统的设计与开发[D]．电子科技大学硕士学位论文．2012．