一种步进电机零点检测方法及装置

摘要

本发明提供了一种步进电机零点检测方法及装置，属于步进电机控制技术领域。它解决了现有步进电机在到达零点时立即停止从而容易造成机器产生振动的问题。本检测方法包括如下步骤：S1、当第一感应器与第二感应器产生感应时，发出零位信号给控制器，同时，控制器对步进电机的脉冲数从0开始计数，此时步进电机的运行速度为V；S2、步进电机从运行速度V开始按照速度曲线S降速继续运行直至运行速度变为零，此时，控制器对步进电机脉冲数的累计计数为M；S3、驱动机构移动时，步进电机以步骤S2的运行方向的反方向运行M个脉冲数后往移动的方向运行相应的脉冲数使机构到达指定位置。本检测方法及装置具有达到零点不会产生较大振动的优点。

权利要求

1.一种步进电机零点检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、当安装在机构上的第一感应器在步进电机的驱动下与安装在安装板一端部上的第二感应器产生感应时，所述第二感应器发出零位信号给控制器，同时，控制器对步进电机的脉冲数从0开始计数，此时步进电机的运行速度为V；

S2、步进电机从运行速度V开始按照速度曲线S降速继续运行直至运行速度变为零，此时，控制器对步进电机脉冲数的累计计数为M；

S3、当要驱动机构移动时，控制器控制步进电机以步骤S2的运行方向的反方向运行M个脉冲数后再驱动机构沿机构要移动的方向运行相应的脉冲数使机构到达指定位置；

其中，定义第一感应器与第二感应器在感应区内时所述第二感应器输出低电平，反之，所述第二感应器输出高电平，上述第一感应器与第二感应器产生感应具体为：第二感应器输出的电平由低电平变为高电平，或者是由高电平变为低电平，所述机构在安装板上来回移动。

2.根据权利要求1所述的一种步进电机零点检测方法，其特征在于，所述的步骤S1中的第一感应器为呈长方体的金属检测体，所述第二感应器为接近开关感应器，所述金属检测体的长度为N，定义金属检测体的一端为零点端，另一端为非零点端，定义安装板的一端为零位端，上述接近开关感应器靠近零位端设置，定义上述机构在零位端处被限位无法继续往零位端方向移动时上述金属检测体零点端所处的位置为限位点，所述接近开关感应器与上述限位点之间的距离长度N1小于或等于上述长度N；所述金属检测体与接近开关感应器正对时，接近开关感应器输出低电平，反之，接近开关感应器输出高电平。

3.根据权利要求1所述的一种步进电机零点检测方法，其特征在于，所述的第二感应器输出的电平由高电平变为低电平时，此时步进电机的运行速度为V1，接着步进电机按照速度曲线S1降速继续运行直至运行速度变为零，此时，控制器对步进电机脉冲数的累计计数为M1。

4.根据权利要求2所述的一种步进电机零点检测方法，其特征在于，所述的第二感应器输出的电平由低电平变为高电平时，此时步进电机的运行速度为V2，接着步进电机按照速度曲线S2降速继续运行直至运行速度V变为零，此时，控制器对步进电机脉冲数的累计计数为M2。

5.根据权利要求4所述的一种步进电机零点检测方法，其特征在于，所述的步进电机按照速度曲线S2降速继续运行使运行速度由V2直至变为零时驱动机构移动的距离N2小于上述的距离长度N1。

6.一种步进电机零点检测装置，包括安装板、机构(1)和安装在安装板上且能通过传动结构驱动上述机构(1)在安装板上来回移动的步进电机(2)，其特征在于，还包括：第一感应器和第二感应器，分别安装在机构(1)上和安装板一端部上，当所述第一感应器和第二感应器产生感应时，所述第二感应器发出零位信号给控制器；

控制器，用于当接收到第二感应器发出来的零位信号时，对步进电机(2)的脉冲数从0开始计数，此时步进电机(2)的运行速度为V；用于驱动步进电机(2)从运行速度V开始按照速度曲线S降速继续运行直至运行速度变为零，此时，控制器对步进电机(2)脉冲数的累计计数为M；当要驱动机构(1)移动时，用于控制步进电机(2)反转运行M个脉冲数后再驱动机构(1)沿机构(1)要移动的方向运行相应的脉冲数使机构(1)到达指定位置；

其中，定义第一感应器与第二感应器在感应区内时所述第二感应器输出低电平，反之，所述第二感应器输出高电平，上述第一感应器与第二感应器产生感应具体为：第二感应器输出的电平由低电平变为高电平，或者是由高电平变为低电平，所述机构在安装板上来回移动。

7.根据权利要求6所述的一种步进电机零点检测装置，其特征在于，所述的第一感应器为呈长方体的金属检测体(5)，所述第二感应器为接近开关感应器(6)，所述金属检测体(5)的长度为N，定义金属检测体(5)的一端为零点端(51)，另一端为非零点端(52)，定义安装板的一端为零位端，上述接近开关感应器(6)靠近零位端设置，定义上述机构(1)在零位端处被限位无法继续往零位端方向移动时上述金属检测体(5)零点端(51)所处的位置为限位点(7)，所述接近开关感应器(6)与上述限位点(7)之间的距离长度N1小于或等于上述长度N；

所述金属检测体(5)与接近开关感应器(6)正对时，接近开关感应器(6)输出低电平，反之，接近开关感应器(6)输出高电平。

8.根据权利要求6所述的一种步进电机零点检测装置，其特征在于，所述的第二感应器(6)输出的电平由高电平变为低电平时，此时步进电机(2)的运行速度为V1，接着步进电机(2)按照速度曲线S1降速继续运行直至运行速度V变为零，此时，控制器对步进电机(2)脉冲数的累计计数为M1。

9.根据权利要求7所述的一种步进电机零点检测装置，其特征在于，所述的第二感应器(6)输出的电平由低电平变为高电平时，此时步进电机(2)的运行速度为V2，接着步进电机(2)按照速度曲线S2降速继续运行直至运行速度V变为零，此时，控制器对步进电机(2)脉冲数的累计计数为M2。

10.根据权利要求9所述的一种步进电机零点检测装置，其特征在于，所述的步进电机(2)按照速度曲线S1降速继续运行使运行速度由V1直至变为零时驱动机构(1)移动的距离N2小于上述的距离长度N1。

说明书

一种步进电机零点检测方法及装置

技术领域

[0001] 本发明属于步进电机控制技术领域，涉及一种步进电机零点检测方法及装置。

背景技术

[0002] 步进电机为驱动源的一种，在实际使用中，步进电机经常用来驱动机构移动。为了提高机构每次移动的准确性，一般在移动前需要对机构进行复位到初始零位，也就是步进
电机要退回到初始零位上，每次移动前其步进电机都是从初始零位上开始按要求移动。

[0003] 因此步进电机复位时，需要找初始零位。比如公开的公开号为CN1571268A，名称为步进电机绝对零位控制方法及装置的中国专利，它包括一由控制器控制的步进电机及由其
带动的传动系统，在传动系统的末端位置设置有到位传感装置并与控制器相连，由控制器
接受传动系统的到位粗判信号并控制步进电机的粗定位；其特征在于在步进电机的转子轴
上设置有定位传感装置，通过该定位传感装置与控制器相连接，由控制器接受传动系统的
到位精判信号，以控制步进电机的精定位，即绝对零位。虽然该技术方案能够准确找到初始
零点，但存在着一些问题：通常情况下，在机构未找到初始零点时，为了节省时间，步进电机
都以较快的速度运行，而在寻找到零点时步进电机立即停止，此时步进电机的速度变化大，
会使机器产生振动，影响用户的使用体验。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出了一种步进电机零点检测方法及装置。

[0005] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种步进电机零点检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0006] S1、当安装在机构上的第一感应器在步进电机的驱动下与安装在安装板一端部上的第二感应器产生感应时，所述第二感应器发出零位信号给控制器，同时，控制器对步进电
机的脉冲数从0开始计数，此时步进电机的运行速度为V；

[0007] S2、步进电机从运行速度V开始按照速度曲线S降速继续运行直至运行速度变为零，此时，控制器对步进电机脉冲数的累计计数为M；

[0008] S3、当要驱动机构移动时，控制器控制步进电机以步骤S2的运行方向的反方向运行M个脉冲数后再驱动机构沿机构要移动的方向运行相应的脉冲数使机构到达指定位置；

[0009] 其中，定义第一感应器与第二感应器在感应区内时所述第二感应器输出低电平，反之，所述第二感应器输出高电平，上述第一感应器与第二感应器产生感应具体为：第二感
应器输出的电平由低电平变为高电平，或者是由高电平变为低电平。

[0010] 在上述的一种步进电机零点检测方法中，所述步骤S1中的第一感应器为呈长方体的金属检测体，所述第二感应器为接近开关感应器，所述金属检测体的长度为N，定义金属
检测体的一端为零点端，另一端为非零点端，定义安装板的一端为零位端，上述接近开关感
应器靠近零位端设置，定义上述机构在零位端处被限位无法继续往零位端方向移动时上述
金属检测体零点端所处的位置为限位点，所述接近开关感应器与上述限位点之间的距离长
度N1小于或等于上述长度N；所述金属检测体与接近开关感应器正对时，接近开关感应器输
出低电平，反之，接近开关感应器输出高电平。

[0011] 在上述的一种步进电机零点检测方法中，所述的第二感应器输出的电平由高电平变为低电平时，此时步进电机的运行速度为V1，接着步进电机按照速度曲线S1降速继续运
行直至运行速度V变为零，此时，控制器对步进电机脉冲数的累计计数为M1。

[0012] 在上述的一种步进电机零点检测方法中，所述的第二感应器输出的电平由低电平变为高电平时，此时步进电机的运行速度为V2，接着步进电机按照速度曲线S2降速继续运
行直至运行速度V变为零，此时，控制器对步进电机脉冲数的累计计数为M2。

[0013] 在上述的一种步进电机零点检测方法中，所述步进电机按照速度曲线S2降速继续运行使运行速度由V2直至变为零时驱动机构移动的距离N2小于上述的距离长度N1。

[0014] 一种步进电机零点检测装置，包括安装板、机构和安装在安装板上且能通过传动结构驱动上述机构在安装板上来回移动的步进电机，其特征在于，还包括：

[0015] 第一感应器和第二感应器，分别安装在机构上和安装板一端部上，当所述第一感应器和第二感应器产生感应时，所述第二感应器发出零位信号给控制器；

[0016] 控制器，用于当接收到第二感应器发出来的零位信号时，对步进电机的脉冲数从0开始计数，此时步进电机的运行速度为V；用于驱动步进电机从运行速度V开始按照速度曲
线S降速继续运行直至运行速度变为零，此时，控制器对步进电机脉冲数的累计计数为M；当
要驱动机构移动时，用于控制步进电机反转运行M个脉冲数后再驱动机构沿机构要移动的
方向运行相应的脉冲数使机构到达指定位置；

[0017] 其中，定义第一感应器与第二感应器在感应区内时所述第二感应器输出低电平，反之，所述第二感应器输出高电平，上述第一感应器与第二感应器产生感应具体为：第二感
应器输出的电平由低电平变为高电平，或者是由高电平变为低电平。

[0018] 在上述的一种步进电机零点检测装置中，所述的第一感应器为呈长方体的金属检测体，所述第二感应器为接近开关感应器，所述金属检测体的长度为N，定义金属检测体的
一端为零点端，另一端为非零点端，定义安装板的一端为零位端，上述接近开关感应器靠近
零位端设置，定义上述机构在零位端处被限位无法继续往零位端方向移动时上述金属检测
体零点端所处的位置为限位点，所述接近开关感应器与上述限位点之间的距离长度N1小于
或等于上述长度N；所述金属检测体与接近开关感应器正对时，接近开关感应器输出低电
平，反之，接近开关感应器输出高电平。

[0019] 在上述的一种步进电机零点检测装置中，所述的第二感应器输出的电平由高电平变为低电平时，此时步进电机的运行速度为V1，接着步进电机按照速度曲线S1降速继续运
行直至运行速度V变为零，此时，控制器对步进电机脉冲数的累计计数为M1。

[0020] 在上述的一种步进电机零点检测装置中，所述的第二感应器输出的电平由低电平变为高电平时，此时步进电机的运行速度为V2，接着步进电机按照速度曲线S2降速继续运
行直至运行速度V变为零，此时，控制器对步进电机脉冲数的累计计数为M2。

[0021] 在上述的一种步进电机零点检测装置中，所述的步进电机按照速度曲线S1降速继续运行使运行速度由V1直至变为零时驱动机构移动的距离N2小于上述的距离长度N1。

[0022] 与现有技术相比，本步进电机零点检测方法及装置具有如下几个优点：

[0023] 1、在步进电机寻找到零点时，步进电机没有立即停止，而是继续以一个平缓的速度曲线S降速直至速度变为零，从而避免了步进电机由于瞬间速度变化大产生较大振动以
影响用户体验及损伤设备的情况；同时，通过控制器对这段缓冲距离进行步进电机脉冲计
数，在接下来的再次驱动时先进行对这段缓冲距离的脉冲数进行补偿后再根据实际要求驱
动相应的脉冲数以使机构达到指定位置，及再次驱动时能够准确控制步进电机在零点出
发，保证步进电机驱动的准确性；

[0024] 2、安装板的零位端做了限位设置，接近开关感应器到这个限位点位置之间留了一定的缓冲距离，也就是零点到限位位置之间留有一定的缓冲距离，使机构从远处回到零点
后继续平缓降速到零有一定的缓冲距离，从而保证能够平缓降速而不是瞬间停止。

附图说明

[0025] 图1是本步进电机零点检测方法的流程图。

[0026] 图2是运行速度为V1、速度曲线S1及机构位置的关系图。

[0027] 图3是运行速度为V2、速度曲线S2及机构位置的关系图。

[0028] 图4是本步进电机零点检测装置的结构示意图。

[0029] 图5是接近开关感应器和金属检测体之间的位置关系图。

[0030] 图中，1、机构；2、步进电机；3、皮带；4、滑轨；5、金属检测体；51、零点端；52、非零点端；6、接近开关感应器；7、限位点。

具体实施方式

[0031] 以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

[0032] 如图1所示，本步进电机零点检测方法包括如下步骤：

[0033] S1、当安装在机构1上的第一感应器在步进电机2的驱动下与安装在安装板一端部上的第二感应器产生感应时，第二感应器发出零位信号给控制器，同时，控制器对步进电机
2的脉冲数从0开始计数，此时步进电机2的运行速度为V；

[0034] S2、步进电机2从运行速度V开始按照速度曲线S降速继续运行直至运行速度变为零，此时，控制器对步进电机2脉冲数的累计计数为M；

[0035] S3、当要驱动机构1移动时，控制器控制步进电机2以步骤S2的运行方向的反方向运行M个脉冲数后再驱动机构1沿机构1要移动的方向运行相应的脉冲数使机构1到达指定
位置；

[0036] 其中，定义第一感应器与第二感应器在感应区内时第二感应器输出低电平，反之，第二感应器输出高电平，第一感应器与第二感应器产生感应具体为：第二感应器输出的电
平由低电平变为高电平，或者是由高电平变为低电平。

[0037] 具体到本实施例，如图4所示，步骤S1中的第一感应器为呈长方体的金属检测体5，第二感应器为接近开关感应器6，金属检测体5的长度为N。当然第一感应器和第二感应器除
了金属检测体5和接近开关感应器6外，还可以为其他方式的感应器，只要能够实现感应进
行高低电平跳变即可，比如第一感应器为能够投射一段弧形光线的发射器，第二感应器为
光敏电阻；或者是第一感应器为呈长方体的磁铁，第二感应器为霍尔元件。如图5所示，定义
金属检测体5的一端为零点端51，另一端为非零点端52，定义安装板的一端为零位端，接近
开关感应器6靠近零位端设置，定义机构1在零位端处被限位无法继续往零位端方向移动时
金属检测体5零点端51所处的位置为限位点7，接近开关感应器6所在位置即零点，接近开关
感应器6与限位点7之间的距离长度N1小于或等于长度N，这个接近开关感应器6与限位点7
之间的距离也就是缓冲区；金属检测体5与接近开关感应器6正对时，接近开关感应器6输出
低电平，反之，接近开关感应器6输出高电平。即金属检测体5非零点端52始终位于接近开关
感应器6的另一端而进入不了缓冲区，同时金属检测体5的零点端51位于缓冲区或者接近开
关感应器6正上方时，其金属检测体5与接近开关感应器6始终处于正对设置即始终输出低
电平。这个缓冲区的设置使机构1从远处回到零点后继续平缓降速到零有一定的缓冲距离，
从而保证能够平缓降速而不是瞬间停止，从而避免了步进电机2由于瞬间速度变化大产生
较大振动以影响用户体验及损伤设备的情况。

[0038] 下面分两种情况介绍：

[0039] 当机构1位于远离接近开关感应器6的位置进行复位时，机构1向接近开关感应器6不断靠近，当金属检测体5的零点端51靠近接近开关感应器6并位于接近开关感应器6正上
方时，接近开关感应器6输出的电平由高电平变为低电平，此时步进电机2的运行速度为V1，
接着步进电机2按照速度曲线S1降速继续运行使金属检测体5的零点端51进入到缓冲区内
直至运行速度V变为零，如图2所示，本实施例中的速度曲线S1为线性直线，此时，控制器对
步进电机2脉冲数的累计计数为M1，步进电机2其产生M1个脉冲走过的距离即驱动机构1移
动的距离N2小于接近开关感应器6与限位点7之间的距离长度N1。然后，需要将机构1驱动到
指定位置时，该指定位置可根据实际需要设置入系统，系统会自动将指定位置与零点之间
的距离换算成步进电机2的脉冲数M3；控制器先控制步进电机2反转即往远离限位端方向先
走M1个脉冲，然后再继续走M3个脉冲使机构1到达指定位置。

[0040] 当金属检测体5的零点端51位于缓冲区内时，此时金属检测体5与接近开关感应器6始终处于正对状态，接近开关感应器6输出低电平，零点复位时，金属检测体5零点端51往
接近开关感应器6靠近，当金属检测体5零点端51越过接近开关感应器6正上方并离开时，接
近开关感应器6输出的电平由低电平变为高电平时，此时步进电机2的运行速度为V2，接着
步进电机2按照速度曲线S2降速继续运行直至运行速度V变为零，本实施例中的速度曲线S2
为线性直线，此时，控制器对步进电机2脉冲数的累计计数为M2，如图3所示。然后，需要将机
构1驱动到指定位置时，该指定位置可根据实际需要设置入系统，系统会自动将指定位置与
零点之间的距离换算成步进电机2的脉冲数M4；控制器先控制步进电机2反转即往靠近接近
开关感应器6方向先走M2个脉冲，然后再反转即远离限位端方向走M4个脉冲使机构1到达指
定位置。

[0041] 在步进电机2寻找到零点时，零点即金属检测体5的零点端51刚好位于接近开关感应器6正上方时此时步进电机2转子和定子相互之间的位置关系，步进电机2没有立即停止，
而是继续以一个平缓的速度曲线S降速直至速度变为零，从而避免了步进电机2由于瞬间速
度变化大产生较大振动以影响用户体验及损伤设备的情况；位于零点左右两侧这两种情况
系统能够自动检测并准确控制。同时，通过控制器对这段缓冲距离进行步进电机2脉冲计
数，在接下来的再次驱动时先进行对这段缓冲距离的脉冲数进行补偿后再根据实际要求驱
动相应的脉冲数以使机构1达到指定位置，及再次驱动时能够准确控制步进电机2在零点出
发，保证步进电机2驱动的准确性。

[0042] 实施例二

[0043] 如图4所示，本步进电机零点检测装置包括安装板、机构1和安装在安装板上且能通过传动结构驱动机构1在安装板上来回移动的步进电机2，传动结构为主动轮、被动轮、皮
带3和滑轨4，为现有结构，也可以为其他现有技术中的传动结构，主动轮安装在步进电机2
的输出轴上，机构1通过滑座与滑轨4滑动连接，且与皮带3连接。

[0044] 还包括：第一感应器和第二感应器，分别安装在机构1上和安装板一端部上，当第一感应器和第二感应器产生感应时，第二感应器发出零位信号给控制器；

[0045] 控制器，用于当接收到第二感应器发出来的零位信号时，对步进电机2的脉冲数从0开始计数，此时步进电机2的运行速度为V；用于驱动步进电机2从运行速度V开始按照速度
曲线S降速继续运行直至运行速度变为零，此时，控制器对步进电机2脉冲数的累计计数为
M；当要驱动机构1移动时，用于控制步进电机2反转运行M个脉冲数后再驱动机构1沿机构1
要移动的方向运行相应的脉冲数使机构1到达指定位置；

[0046] 其中，定义第一感应器与第二感应器在感应区内时所述第二感应器输出低电平，反之，所述第二感应器输出高电平，上述第一感应器与第二感应器产生感应具体为：第二感
应器输出的电平由低电平变为高电平，或者是由高电平变为低电平。

[0047] 其中，第一感应器、第二感应器的结构、安装位置及工作原理与实施例一种的第一感应器和第二感应器相同，在此不再赘述。安装板结构即限位方式也与实施例一相同，不再
赘述。

[0048] 以及，接近开关感应器6输出的电平由高电平变为低电平和接近开关感应器6输出的电平由低电平变为高电平这两种情况的具体工作及控制原理也与实施例一相同，在此不
再赘述。

[0049] 本检测装置结构简单，只需在原有结构基础上增加金属检测体5和接近开关感应器6结构，然后通过控制器进行控制达到准确控制，同时也解决了步进电机2立即停止导致
振动较大的问题。

[0050] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替
代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。