一種光電碼盤輸出線斷路檢測和保護(hù)電路
富歷新（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）
1概述
在以光電碼盤作為角位置測量元件的伺服系統(tǒng)中，碼盤輸出線或電源線斷路會使伺服系統(tǒng)丟失反饋信號而發(fā)生電機(jī)“飛轉(zhuǎn)”的故障，這常會造成設(shè)備損壞或人身傷害事故，尤其是在機(jī)器人的系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)能夠檢測出這類故障，從而及時關(guān)斷電機(jī)并釋放制動器。目前，很多控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)處理這一故障。當(dāng)碼盤斷線時，位置誤差增大，當(dāng)增大到超過程序中設(shè)定的門限值時，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。由于程序執(zhí)行需要時間，這種方法對故障的處理不是很及時的，而且計(jì)算機(jī)分辨不出什么原因引起的位置誤差超限，給系統(tǒng)維護(hù)帶來困難。最壞的情況是計(jì)算機(jī)本身出現(xiàn)故障，就根本無法處理。
筆者在某一機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了一種簡單、可靠的方法，不通過計(jì)算機(jī)就能直接檢測碼盤輸出線或電源線斷路故障，并顯示出哪個碼盤發(fā)生了故障，然后自動切除伺服驅(qū)動器使能信號，使電機(jī)停轉(zhuǎn)，并使制動器釋放。
2故障檢測電路
圖1是碼盤斷線檢測與顯示電路。圖2是一類碼盤中任一信號的輸出電路。現(xiàn)說明其工作原理。
a、b、z為碼盤信號輸出，若這3根線中任一根斷路時，檢測電路輸入端懸空，檢測電路的12v電圓電壓通過電阻r1、r2、二極管d及穩(wěn)壓管d1形成電流回路，這個電流在r2上產(chǎn)生一個足以使q1導(dǎo)通的電壓，q1的集電極由高電平變?yōu)榈碗娖剑环矫嫱ㄟ^二極管或門送給故障信號處理電路，另一方面點(diǎn)亮發(fā)光二極管d3，顯示出這個碼盤出了故障。當(dāng)碼盤工作正常時，其輸出無論是高電平5v或低電平0v，均由于穩(wěn)壓二極管d1的阻斷作用，而不能使q1導(dǎo)通，檢測電路輸出維持在高電乎。12v與5v(或0v)的電壓差降在電阻r1上。碼盤信號通過rc濾波網(wǎng)絡(luò)送到計(jì)算機(jī)接口電路中。在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，有多個碼盤同時工作，這時可用一個二極管或門將多個檢測電路或起來，這樣任一個碼盤發(fā)生信號斷路故障時都會輸出一故障信號。
3故障信號處理電路
圖3是故障信號處理電路原理圖，其輸入端為碼盤斷路故障信號。當(dāng)系統(tǒng)工作正常時，反相器輸出為一高電平，晶體管q2導(dǎo)通，輸出一低電平使伺服單元使能端打開。電機(jī)可運(yùn)轉(zhuǎn)。同時晶體管q3導(dǎo)通，輸出一高電平，使電機(jī)制動器不在制動狀態(tài)。當(dāng)故障發(fā)生時，反相器輸出為低電平，使制動器釋放，伺服單元使能端閉鎖，電機(jī)停轉(zhuǎn)。
在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，碼盤型號為lbt-001-2000，電路參數(shù)如下：r1=2kω，r2，r3=1 kω，d1的穩(wěn)壓值為7v，其它二極管均為in4148。
上述電路已成功地應(yīng)用在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，工作穩(wěn)定，可靠，效果好。
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