[發明專利]一種機器人單總線模塊化數字舵機控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201410009359.5
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN103753535B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 熊友軍
• 申請（專利權）人: 深圳市優必選科技有限公司
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18;B25J17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

機器人單總線小體積大力矩模塊化數字舵機，屬于自動控制領域，該舵機廣泛應用于機器人關節自由度控制，另外在航天、航空控制領域用于控制飛行器姿態的操縱機構。本發明涉及一種舵機控制裝置及控制方法，尤其是涉及一種機器人單總線模塊化數字舵機控制裝置及控制方法。

背景技術

隨著近幾年自動化設備應用的拓展，舵機的需求越來越廣泛，各種應用場合對舵機的體積、扭矩、控制方式、結構兼容性等都提出了更高的要求。傳統的數字舵機和模擬舵機基本狀況是扭矩大的舵機其體積也很大，給安裝和結構布置帶來更多的局限性；而體積小的舵機其扭矩卻不夠，其應用范圍大打折扣。

傳統舵機的電子電路中無MCU微控制器，一般都稱之為模擬舵機。其舵機由功率運算放大器等接成惠斯登電橋，根據接收到模擬電壓控制指令和機械連動位置傳感器（電位器）反饋電壓之間比較產生的差分電壓，驅動有刷直流電機伺服電機正/反運轉到指定位置。

這種舵機的缺點是效率低，存在無反應區。假設一個短促的動力脈沖，緊接著很長的停頓，這種情況下并不能給馬達施加多少激勵，舵機可能無法轉動。反之，如果要舵機輸出一個比較小的控制動作，必須要向其發送一定量的初始脈沖到馬達，舵機才能運動，這是非常低效率的。同樣的道理，舵機對于發射機的細小動作，反應非常遲鈍，或者根本就沒有反應。這也是為什么模擬舵機有“無反應區”的存在。

目前也出現了少量微控制器的數字舵機，但是限于結構的限制，現有的數字舵機單位體積的輸出扭矩（即舵機扭矩/舵機體積）很小，導致其應用受到很大限制。

另外，傳統舵機的控制方式多采用并行控制，即多舵機單獨從控制模塊獲得控制信號和電源信號。這樣的缺點是當系統需要多個舵機時，系統走線非常繁瑣，主控制模塊會需要接口非常多，限制了系統的小型化，結構布局受到很大限制。尤其是在多關節機器人等高端自動化設備中，其應用受到很大限制。

傳統的舵機在空載的時候，沒有動力被傳到舵機馬達。當有信號輸入使舵機移動，或者舵機的搖臂受到外力的時候，舵機會作出反應，向舵機馬達傳動動力(電壓)。這種動力實際上每秒五十周期的，被調制成開/關脈沖的最大電壓，并產生小段的動力。

當加大每一個脈沖的寬度的時候，如電子變速器的效能就會出現，直到最大的動力/電壓被傳送到馬達，馬達轉動使舵機搖臂指到一個新的位置。

然后，當舵機電位器告訴電子部分它已經到達指定的位置，那么動力脈沖就會減小脈沖寬度，并使馬達減速。直到沒有任何動力輸入，馬達完全停止。

發明內容

本發明主要是解決現有技術所存在的傳統的數字舵機和模擬舵機單位體積輸出扭矩小的技術問題；提供了一種小體積大力矩；其采用的模塊化單總線舵機控制方式，控制信號和電源信號線連接靈活，大大簡化了舵機的控制器主板的結構，其在設備上的連接方式可采用串聯或者并聯，也非常方便的一種機器人單總線模塊化數字舵機控制裝置及控制方法。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種機器人單總線模塊化數字舵機控制裝置，其特征在于，包括：

一舵機控制單元：包括控制單元以及電機控制電路；其中控制單元接收舵機的控制信息以及溫度、電流保護電路的反饋信息，并根據控制信息和反饋信息計算電機控制參數，然后將控制參數輸出至電機控制電路；

一直流電機：接收電機控制電路輸出的控制參數信息，并按照指定的轉速旋轉；

一通訊模塊：用于將電機控制電路的輸出信號輸出至直流電機信號輸入端；

一減速機構：與直流電機輸出軸配接，用于將電機的高轉速、低扭矩輸出轉化為低轉速、高扭矩輸出；

一輸出機構：與減速機構一端連接，將低轉速、高扭矩輸出至舵機；

一位置傳感器：與減速機構的另一端連接，用于將電機轉速信號、位置信號反饋給電機控制電路。

一溫度傳感器：用于反饋當前運行溫度是否超過設定閾值，并將反饋信息發送至舵機控制單元上的控制芯片。

一電流保護電路：用于反饋直流電機驅動電流是否超過設定閾值，并將反饋信息發送至舵機控制單元上的控制芯片。

本發明創造性的采用上述結構后：

1、因為微處理器的關系，數字舵機可以在將動力脈沖發送到舵機馬達之前，對輸入的信號根據設定的參數進行處理。這意味著動力脈沖的寬度，也就是說激勵馬達的動力，可以根據微處理器的程序運算而調整，以適應不同的功能要求，并優化舵機的性能。