[實用新型]一種智能機器人舵機驅動器

無效

• 申請號: 201020574296.5
• 申請日: 2010-10-15
• 公開（公告）號: CN201871239U
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 王鐵流;林志杰;高強
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A63H27/20
• 分類號: A63H27/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本實用新型是一種基于STM32微控制器和CAN總線的機器人舵機數字智能驅動器，主要用于仿生學機器人舵機中，也可以用于汽車、船、飛機模型舵機中，屬于機器人控制技術領域。

背景技術

舵機最早用于航空模型中，主要用于調整航模飛機舵面，來控制航模飛機飛行姿態。由于它結構緊湊，體積小，力矩較大，控制較為簡單，在仿生學機器人關節上廣泛應用。

一般來講，傳統舵機主要由以下幾個部分組成：舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計、直流電機、控制電路板等。

工作原理：控制電路板接收來自信號線的脈寬調制(PWM)信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤。舵機的輸出軸和位置反饋電位計是相連的，舵盤轉動的同時，帶動位置反饋電位計，電位計將輸出一個電壓信號到控制電路板，進行反饋，然后控制電路板根據所在位置決定電機的轉動方向和速度，從而達到目標停止。舵機的控制信號為PWM信號，其中脈沖寬度從0.5ms-2.5ms，相對應舵盤的位置為0-180度，呈線性變化。也就是說，給它提供一定的占空比的PWM信號，它的輸出軸就會保持在一個相對應的角度上。

這種傳統舵機主要存在以下這些不足：

(1)采用集中式布線控制，不便于分布式控制系統使用，機器人關節眾多，

采用集中式控制對主控制器負擔重，且布線復雜，易受干擾。

(2)無法反饋舵機狀態，不便于機器人獲取關節角度、力矩等信息。

(3)無法設定和存儲舵機參數，不便于機器人設定關節地址、速度、起始終止位置等信息。

(4)無電壓，電流，溫度監測和保護，容易在使用中過載造成舵機的永久損壞。

實用新型內容

本實用新型主要針對舵機在機器人上應用存在的以上問題，提供了一種基于STM32微控制器的數字化智能舵機，該舵機具有CAN雙向通信，兩個外部接口，結構緊湊，可以安裝在標準舵機內部(控制器小于等于17×36mm)，結構緊湊，安裝方便，智能化高，控制精度高，反應靈敏，可安裝在多種型號舵機中作為通用舵機驅動器。

本實用新型具有電機溫度、H橋溫度、電源電壓、電流檢測及保護功能，可以設定、存儲和讀取以下參數：舵機位置、舵機編號、起始終止位置、旋轉角度修正、警告溫度、PID參數、狀態自動反饋速率，電機可以裝載或卸載，舵機速度、位置、電機溫度、H橋溫度、電源電壓、電流狀態可以實時自動反饋。其具體技術方案如下：

本舵機驅動器包括：CAN總線接口、CAN驅動器、微控制器、兩路溫度檢測裝置、一路電源電壓檢測裝置、一路電流檢測裝置、電機驅動器、穩壓電源。CAN總線接口與CAN總線驅動器相連接，用于接收和發送CAN總線信號；CAN驅動器與微控制器相連接；微控制器與電機驅動器相連接；電機驅動器與電機相連接；一路溫度傳感器固定在電機驅動器上，與微控制器相連接，用于檢測電機驅動器溫度；另外一路溫度傳感器固定在電機上，與微控制器相連接，用于檢測電機表面溫度；電源電壓檢測裝置，一端并連在電源兩端，另外一端與微控制相連接；電流檢測裝置，一端與電機驅動器相連接，另外一端與微控制器相連接，用于檢測通過電機驅動器的電流大小；位置電位器與微控制器相連接，用于檢測舵機的位置，其中位置電位器位于航模舵機主體內部；電源芯片分別給各個芯片電路供電。

本發明的工作原理如下：

上位機發送命令給CAN總線，舵機驅動器結點接收到信號之后由微控制器處理執行對應命令，微控制器通過CAN總線給上位機發送反饋數據；微控制器實時采集并可以發送電位器的位置信號、電機驅動器溫度傳感器信號、電機溫度傳感器信號、電源電壓檢測裝置信號、電流傳感器信號；微控制器根據上位機發送的位置命令，實時控制電機正向或反向旋轉，最終旋轉到命令指定位置；微控制器可以接收、存儲或者發送舵機參數：地址、啟動位置、旋轉角度修正、自動反饋速率、電機警告溫度、電機驅動器警告溫度、運行最高電壓值、最低電壓值、最高電流值、PID參數(PID的P參數、I參數、D參數、死區大小)、旋轉最大位置、旋轉最小位置、PWM輸出最大值、PWM輸出最小值、電機是否卸載：微控制器根據電壓檢測裝置，測得電壓值大于最高電壓設定值時，或者電壓值小于最低電壓設定值時，卸載電機，通過上位機發送命令恢復；微控制器根據電流檢測裝置，測得電流大于最高電流設定值時，卸載電機，通過上位機發命令恢復；位置電位器采樣精度為12位。

本發明較傳統舵機驅動器有如下優勢：

(1)集成度高，性能可靠，結構緊湊，可內置于標準舵機中。