反馈控制减速电机的新型开锁机构.pdf

研究与开发
れ电工程2010年第39卷第02期
反愤控制减速电机的新型开锁机构
梁汉基
(深圳市桑达实业股份有限公司,广东深圳518057)
绍一种适用于收款机钱箱的由主机控制自动开锁的开锁机构,它是一种以减速电机作为执行元件并通过检测开锁状态对
减速电机进行反债控制的开锁机构。与电磁铁作为执行元件的开锁机构相比,其优点是明显的:驱动电流小而开锁力矩大而稳定
并且开锁力矩能够随着阻力的增大而増大,克服了电磁铁开锁机构启动电流大而起始力矩小的状况;由位置传感器检测产生的信
号来控制减速电机停止转动,克服了电磁铁开锁机构不管锁机构是否确实打开,驱动脉冲定时结東开锁动作也结東的状况,大大
地提高了开锁操作的可靠性。
关键词:钱箱;开锁机构;减速电机;反馈控制
中图分类号:TP273
文献标识码:B文章编号:1009-9492(2010)02-0052-03
1背景
为了改变这种状况,提升开锁机构的稳定性和可靠
目前收款机(包括ECR收款机、POS收款机)行业中
性,需要设计一种能够克服电磁铁开锁机构缺点的新型开
收银钱箱的打开是由收款机主机给出控制命令,控制电路
锁机构。
输出脉冲电流,驱动电磁铁吸合牵动开锁机构从而实现开
2构成特点
锁操作的。这种技术方案的优点是结构简单,成本较低,
新型开锁机构的构成与控制原理示意图如图1所示。
其特点是开锁动作时间固定(脉冲时间宽度固定),没有由图1可以看出,新型开锁机构由控制电路板1、减速电
反馈控制,开锁力矩不稳定。这是由于电磁铁的出力特点
机2和位置检测传感器3组成。当然还应该有必要的结构
是吸力大小与驱动电流成正比而与吸合距离的平方成反
零件,但因为不同电机安装方式、不同开锁方式下,会需
比,因此,在吸合起始阶段吸力很小,为达到一定的吸力要不同的结构零件,因此在图1中没有示出结构部件。
需要很大的起始驱动电流。在起始驱动电流和吸合距离已
定的条件下,吸合力矩在吸合起始阶段比吸合后阶段要小
得多,这与实际需要是不相符的。因此,这种技术方案的
缺点是明显的:(1)开锁动作时间固定,不管锁机构是
信号
启停
否打开,定时时间一到驱动电流就消失;(2)没有反馈
整形
控制
控制,开锁驱动动作发出后,无法检查执行情况,锁机构
是否打开没有检测反馈信号及控制,锁机构是否确实打开
并不确定;(3)开锁起始力矩小,可靠性低,开锁不可
信号
整形
靠,容易出现打不开的状况,尤其是在阻力较大、长期使
用后铁心磁化的情况下特别突出;(4)电磁铁吸合时响
声、震动大。在实际中时常出现维修人员经常为修钱箱而
图1新型开锁机构的构成与控制原理示意图
频繁往返公司与用户之间的情况,甚至个别情况下,维修
人员的往返交通费用足可以购买一个钱箱。钱箱打不开虽
鉴于可以采用不同的开锁方式以及选用不同的位置传
然不是什么大故障,但影响了用户的正常使用,对用户就感器,检测是否开锁的方式也有直接检测波锁件的直接检
是大问题、严重问题。由于对故障性质认识的差异,有时测方式和检测拨辊位置的间接检测方式,电机也可以采取
会导致经营者与用户之间的矛盾加深,损害了收款机经营
竖直或水平等安装方式,这些不同方式选择可以有多种组
者在用户心目中的形象和信赖关系。
合,因而有多种实施方案,而每个实施方案都可能有不同
收稿日期:2009-09-29
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的结构件需要。在此仅以电机竖直安装、采用拨辊直接拨
回复到初始的待锁状态;直到减速电机2带动检测拨臂8
动锁钩的开锁方式、选用微动开关做位置传感器及检测拨
转动到检测拨臂8上的凸轮部分与位置检测微动开关3的
辊位置的间接检测方式组成的实施方案为例,说明新型开接触部分分离,微动开关3由拨辊9与锁钩10后部开始
锁机构的开锁工作原理。
接触位置时起始的闭合状态变为断开状态,控制电路板1
图2是本新型开锁机构的机械结构原理示意图。采用内的检测信号整形电路输出启/停控制电路的复位信号,
拨辊直接拨动锁钩的开锁方式,以微动开关做位置传感启/停控制电路输出低电平而使功率三极管T关断,减速
器,采用检测拨辊位置的间接检测方式。
电机2断电,减速电机2在惯性作用下继续转动一个小角
度后停止,完成一次开锁操作,同时也为下一次开锁操作
做好了准备。
至于控制电路板1的实际电子线路,由于采用不同的
传感器需要配合采用不同的检测信号整形电路,与主机之
间采用不同接口、信号也需要配合采用不同的输入信号整
形电路,并且控制并不复杂,加之篇幅限制,具体的控制
线路在此就不详细讨论了。
3实际效果及分析
笔者采用输出转速100r/min、转矩约0.5N·m的减速
电机,按前述阐述实施方案,制作了新型开锁机构样机,
进行了实测试验,验证了该开锁机构是可行、可靠的效
果。试验中看到,新型开锁机构在接到主机开锁信号减速
电机开始转动之后,人为用手很难阻止拨辊(或锁钩)的
1.控制电路板2.减速电机3.微动开关4.电机座板5.座
运动,只是稍微减缓电机的转动速度,同时试图阻止机件
板柱6.锁钩销7.锁钩复位弹簧8.检测拨臂9.拨辊
10.锁钩11.被锁件12.关锁销13.弹簧14.弹推轮
运动的手有一种开锁力量在积聚、增加的感觉,阻止机件
运动的手一旦松开,减速电机就立即正常转动,带动开锁
图2新型开锁机构实施例的机械结构原理示意图
机构完成了开锁操作。这说明新型开锁机构即使在有较大
阻力的情况下,仍能可靠开锁。
在图2中,为清楚表示出本实施例的机械结构关系,
作为对比,笔者对采用电磁铁作为执行元件的某两个
未画出固定板。在图2中,电机座板4上安装有座板柱5,
型号钱箱(打印机驱动口驱动和电脑主机串口驱动各
减速电机2和位置传感器一一微动开关3,减速电机2和
种)开锁机构进行了对比试验。结果发现,当用手在开锁
位置传感器一一微动开关3与控制电路板1之间按图1所拨杆上轻轻地施加少许作用力(或轻轻地拿着、摸着电磁
示进行连接;减速电机2的轴上固定有检测拨臂8,检测铁铁芯),在施加开锁驱动操作的时候,人的手只能感觉
拨臂8上固定有拨辊9;装置有锁钩销6,锁钩销6上装
到比较轻微的一下抖动、颤动,开锁操作就结東了,电磁
置有锁钩10,锁钩10上联结有锁钩复位弹簧7;还装置铁根本就没有吸合。由此可以推断,在有较小阻力的情况
有弹推被锁部件的推出弹簧13和弹推轮14;处于被关锁
下,电磁铁开锁机构根本无法开锁。因此可以看出,新型
状态的被锁件11上固定有关锁销12。
开锁机构与电磁铁作为执行元件的开锁机构之间实际开锁
本实施例的工作原理如下:当接到主机发来的开锁命效果的巨大差别,同时可以认定,新型开锁机构有着电磁
令时,控制电路板1内的开锁信号整形电路输出启/停控铁开锁机构无可比拟的优势。
制电路的置位信号,使启/停控制电路输出高电平而输出
这样的试验结果完全可以从电磁铁和减速电机的工作
电流使功率三极管Tr导通,驱动执行元件减速电机2作顺特性得到解释。
时针转动;减速电机2输出轴带动检测拨臂8和拔辊9作
电磁铁的出力特