[實用新型]一種機(jī)器人單總線模塊化數(shù)字舵機(jī)控制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420014371.0
• 申請日: 2014-01-08
• 公開（公告）號: CN203726493U
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊友軍
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市優(yōu)必選科技有限公司
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18;B25J17/02
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技術(shù)領(lǐng)域

機(jī)器人單總線小體積大力矩模塊化數(shù)字舵機(jī)，屬于自動控制領(lǐng)域，該舵機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)器人關(guān)節(jié)自由度控制，另外在航天、航空控制領(lǐng)域用于控制飛行器姿態(tài)的操縱機(jī)構(gòu)。本實用新型涉及一種舵機(jī)控制裝置及控制方法，尤其是涉及一種機(jī)器人單總線模塊化數(shù)字舵機(jī)控制裝置及控制方法。

背景技術(shù)

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

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

這種舵機(jī)的缺點是效率低，存在無反應(yīng)區(qū)。假設(shè)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(dá)施加多少激勵，舵機(jī)可能無法轉(zhuǎn)動。反之，如果要舵機(jī)輸出一個比較小的控制動作，必須要向其發(fā)送一定量的初始脈沖到馬達(dá)，舵機(jī)才能運動，這是非常低效率的。同樣的道理，舵機(jī)對于發(fā)射機(jī)的細(xì)小動作，反應(yīng)非常遲鈍，或者根本就沒有反應(yīng)。這也是為什么模擬舵機(jī)有“無反應(yīng)區(qū)”的存在。

目前也出現(xiàn)了少量微控制器的數(shù)字舵機(jī)，但是限于結(jié)構(gòu)的限制，現(xiàn)有的數(shù)字舵機(jī)單位體積的輸出扭矩（即舵機(jī)扭矩/舵機(jī)體積）很小，導(dǎo)致其應(yīng)用受到很大限制。

另外，傳統(tǒng)舵機(jī)的控制方式多采用并行控制，即多舵機(jī)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(dāng)系統(tǒng)需要多個舵機(jī)時，系統(tǒng)走線非常繁瑣，主控制模塊會需要接口非常多，限制了系統(tǒng)的小型化，結(jié)構(gòu)布局受到很大限制。尤其是在多關(guān)節(jié)機(jī)器人等高端自動化設(shè)備中，其應(yīng)用受到很大限制。

傳統(tǒng)的舵機(jī)在空載的時候，沒有動力被傳到舵機(jī)馬達(dá)。當(dāng)有信號輸入使舵機(jī)移動，或者舵機(jī)的搖臂受到外力的時候，舵機(jī)會作出反應(yīng)，向舵機(jī)馬達(dá)傳動動力(電壓)。這種動力實際上每秒五十周期的，被調(diào)制成開/關(guān)脈沖的最大電壓，并產(chǎn)生小段的動力。當(dāng)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(xiàn)，直到最大的動力/電壓被傳送到馬達(dá)，馬達(dá)轉(zhuǎn)動使舵機(jī)搖臂指到一個新的位置。然后，當(dāng)舵機(jī)電位器告訴電子部分它已經(jīng)到達(dá)指定的位置，那么動力脈沖就會減小脈沖寬度，并使馬達(dá)減速。直到?jīng)]有任何動力輸入，馬達(dá)完全停止。

實用新型內(nèi)容

本實用新型主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的傳統(tǒng)的數(shù)字舵機(jī)和模擬舵機(jī)單位體積輸出扭矩小的技術(shù)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(jī)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(jī)的控制器主板的結(jié)構(gòu)，其在設(shè)備上的連接方式可采用串聯(lián)或者并聯(lián)，也非常方便的一種機(jī)器人單總線模塊化數(shù)字舵機(jī)控制裝置及控制方法。

本實用新型的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：

一種機(jī)器人單總線模塊化數(shù)字舵機(jī)控制裝置，其特征在于，包括：

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

一直流電機(jī)：接收電機(jī)控制電路輸出的控制參數(shù)信息，并按照指定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；

一通訊模塊：用于將電機(jī)控制電路的輸出信號輸出至直流電機(jī)信號輸入端；

一減速機(jī)構(gòu)：與直流電機(jī)輸出軸配接，用于將電機(jī)的高轉(zhuǎn)速、低扭矩輸出轉(zhuǎn)化為低轉(zhuǎn)速、高扭矩輸出；

一輸出機(jī)構(gòu)：與減速機(jī)構(gòu)一端連接，將低轉(zhuǎn)速、高扭矩輸出至舵機(jī)；

一位置傳感器：與減速機(jī)構(gòu)的另一端連接，用于將電機(jī)轉(zhuǎn)速信號、位置信號反饋給電機(jī)控制電路。

一溫度傳感器：用于反饋當(dāng)前運行溫度是否超過設(shè)定閾值，并將反饋信息發(fā)送至舵機(jī)控制單元上的控制芯片。

一電流保護(hù)電路：用于反饋直流電機(jī)驅(qū)動電流是否超過設(shè)定閾值，并將反饋信息發(fā)送至舵機(jī)控制單元上的控制芯片。

本實用新型創(chuàng)造性的采用上述結(jié)構(gòu)后：

1、因為微處理器的關(guān)系，數(shù)字舵機(jī)可以在將動力脈沖發(fā)送到舵機(jī)馬達(dá)之前，對輸入的信號根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行處理。這意味著動力脈沖的寬度，也就是說激勵馬達(dá)的動力，可以根據(jù)微處理器的程序運算而調(diào)整，以適應(yīng)不同的功能要求，并優(yōu)化舵機(jī)的性能。