一种机器人单总线模块化数字舵机控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种机器人单总线模块化数字舵机控制装置，包括舵机控制单元、直流电机、通讯模块、减速机构、位置和温度传感器、及电流保护电路。舵机控制单元根据运行温度、电机驱动电流和舵机位置计算控制参数并输出给电机控制电路；通讯模块接收上位机的控制指令并将舵机当前的位置、速度等信息反馈给上位机；减速和输出机构将电机的高转速、低扭矩转换为低转速、高扭矩并输出；位置传感器、温度传感器和电流保护电路分别用于反馈舵机当前位置信号、运行温度和电机驱动电流至舵机控制单元，形成闭环的高精度安全的控制。本实用新型专利技术优点：具有过流、过压及过温保护，避免过载或过温损坏；响应速度快，无死区，控制精度高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种机器人单总线模块化数字舵机控制装置，包括舵机控制单元、直流电机、通讯模块、减速机构、位置和温度传感器、及电流保护电路。舵机控制单元根据运行温度、电机驱动电流和舵机位置计算控制参数并输出给电机控制电路；通讯模块接收上位机的控制指令并将舵机当前的位置、速度等信息反馈给上位机；减速和输出机构将电机的高转速、低扭矩转换为低转速、高扭矩并输出；位置传感器、温度传感器和电流保护电路分别用于反馈舵机当前位置信号、运行温度和电机驱动电流至舵机控制单元，形成闭环的高精度安全的控制。本技术优点：具有过流、过压及过温保护，避免过载或过温损坏；响应速度快，无死区，控制精度高。【专利说明】一种机器人单总线模块化数字舵机控制装置
机器人单总线小体积大力矩模块化数字舵机，属于自动控制领域，该舵机广泛应用于机器人关节自由度控制，另外在航天、航空控制领域用于控制飞行器姿态的操纵机构。本技术涉及一种舵机控制装置及控制方法，尤其是涉及一种机器人单总线模块化数字舵机控制装置及控制方法。
技术介绍
随着近几年自动化设备应用的拓展，舵机的需求越来越广泛，各种应用场合对舵机的体积、扭矩、控制方式、结构兼容性等都提出了更高的要求。传统的数字舵机和模拟舵机基本状况是扭矩大的舵机其体积也很大，给安装和结构布置带来更多的局限性；而体积小的舵机其扭矩却不够，其应用范围大打折扣。传统舵机的电子电路中无MCU微控制器，一般都称之为模拟舵机。其舵机由功率运算放大器等接成惠斯登电桥，根据接收到模拟电压控制指令和机械连动位置传感器(电位器)反馈电压之间比较产生的差分电压，驱动有刷直流电机伺服电机正/反运转到指定位置。这种舵机的缺点是效率低，存在无反应区。假设一个短促的动力脉冲，紧接着很长的停顿，这种情况下并不能给马达施加多少激励，舵机可能无法转动。反之，如果要舵机输出一个比较小的控制动作，必须要向其发送一定量的初始脉冲到马达，舵机才能运动，这是非常低效率的。同样的道理，舵机对于发射机的细小动作，反应非常迟钝，或者根本就没有反应。这也是为什么模拟舵机有“无反应区”的存在。目前也出现了少量微控制器的数字舵机，但是限于结构的限制，现有的数字舵机单位体积的输出扭矩(即舵机扭矩/舵机体积)很小，导致其应用受到很大限制。另外，传统舵机的控制方式多采用并行控制，即多舵机单独从控制模块获得控制信号和电源信号。这样的缺点是当系统需要多个舵机时，系统走线非常繁琐，主控制模块会需要接口非常多，限制了系统的小型化，结构布局受到很大限制。尤其是在多关节机器人等高端自动化设备中，其应用受到很大限制。传统的舵机在空载的时候，没有动力被传到舵机马达。当有信号输入使舵机移动，或者舵机的摇臂受到外力的时候，舵机会作出反应，向舵机马达传动动力(电压)。这种动力实际上每秒五十周期的，被调制成开/关脉冲的最大电压，并产生小段的动力。当加大每一个脉冲的宽度的时候，如电子变速器的效能就会出现，直到最大的动力/电压被传送到马达，马达转动使舵机摇臂指到一个新的位置。然后，当舵机电位器告诉电子部分它已经到达指定的位置，那么动力脉冲就会减小脉冲宽度，并使马达减速。直到没有任何动力输入，马达完全停止。
技术实现思路
本技术主要是解决现有技术所存在的传统的数字舵机和模拟舵机单位体积输出扭矩小的技术问题；提供了一种小体积大力矩；其采用的模块化单总线舵机控制方式，控制信号和电源信号线连接灵活，大大简化了舵机的控制器主板的结构，其在设备上的连接方式可采用串联或者并联，也非常方便的一种机器人单总线模块化数字舵机控制装置及控制方法。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种机器人单总线模块化数字舵机控制装置，其特征在于，包括:一舵机控制单元:包括控制单元以及电机控制电路；其中控制单元接收舵机的控制信息以及温度、电流保护电路的反馈信息，并根据控制信息和反馈信息计算电机控制参数，然后将控制参数输出至电机控制电路；一直流电机:接收电机控制电路输出的控制参数信息，并按照指定的转速旋转；—通讯模块:用于将电机控制电路的输出信号输出至直流电机信号输入端；一减速机构:与直流电机输出轴配接，用于将电机的高转速、低扭矩输出转化为低转速、高扭矩输出；一输出机构:与减速机构一端连接，将低转速、高扭矩输出至舵机；一位置传感器:与减速机构的另一端连接，用于将电机转速信号、位置信号反馈给电机控制电路。一温度传感器:用于反馈当前运行温度是否超过设定阈值，并将反馈信息发送至舵机控制单元上的控制芯片。一电流保护电路:用于反馈直流电机驱动电流是否超过设定阈值，并将反馈信息发送至舵机控制单元上的控制芯片。本技术创造性的采用上述结构后:1、因为微处理器的关系，数字舵机可以在将动力脉冲发送到舵机马达之前，对输入的信号根据设定的参数进行处理。这意味着动力脉冲的宽度，也就是说激励马达的动力，可以根据微处理器的程序运算而调整，以适应不同的功能要求，并优化舵机的性能。2、数字舵机响应快，杜绝“无反应区”。优必选的数字舵机以传统舵机6倍的频率向马达发送动力脉冲(相对与传统的50脉冲/秒,现在是300脉冲/秒),马达在同一时间里收到更多的激励信号，响应速度更快，转动得更快。这也意味着舵机马达可以更高的频率响应控制信号，没有“无反应区”；由于激励脉冲频率高，反应变得更快，加速和减速也更迅速、更柔和，控制更细腻，因而也能提供更高的精度和更好的固定力量。3、带角度反馈与偏位修正功能，舵机的一致性好，180度控制，无控制盲区，实际可控角度的范围是O— 180度，锁位准确，无抖动，无过冲。4、具有过流、过压及过温保护，能检测出堵转过流及短路状态迅速停止电机驱动信号。因此，本技术具有如下优点:1、最大的能量转换效率(衡量其节能特性的指标):其效率一般在90%以上，部分产品可达到95%以上，大大优于普通铁芯电机(15-50%);2、激活、制动迅速，响应极快:机械时间常数小于28毫秒，部分产品可以达到10毫秒以内，在推荐运行区域内的高速运转状态下，转速调节灵敏；3、可靠的运行稳定性:自适应能力强，自身转速波动能控制在2%以内；4、电磁干扰少:采用高品质的电刷、换向器结构，换向火花小，可以免去附加的抗干扰装置；5、能量密度大:与同等功率的铁芯电机相比，其重量、体积减轻1/3-1/2 ;转速-电压、转速-转矩、转矩-电流等对应参数都呈现标准的线性关系。【专利附图】【附图说明】附图1是本技术的结构原理图。附图2是本技术内部结构图。附图3是本技术中控制单元的电路图。附图4是本技术中电机控制电路图。【具体实施方式】下面通过实施例，并结合附图，对本技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例:首先介绍一下本技术的硬件结构:1、本舵机由舵机控制单元、直流电机、通讯模块、减速机构、输出机构、位置传感器、温度传感器以及电流保护电路组成。结构控制原理图如图1所示。2、舵机控制单元是以ATMEGA为主控芯片的舵机控制板，如图1中所示舵机控制板所示，包含执行机构控制模块(含控制算法)、通讯模块、传感器反馈电路模块以及过流、过压、保护模块。3、通讯模块:舵机采用异步串行总线通讯方式，可支持多达254个机器人舵机通过总本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人单总线模块化数字舵机控制装置，其特征在于，包括：一舵机控制单元：包括控制单元以及电机控制电路；其中控制单元接收舵机的控制信息以及温度、电流保护电路的反馈信息，并根据控制信息和反馈信息计算电机控制参数，然后将控制参数输出至电机控制电路；一直流电机：接收电机控制电路输出的控制参数信息，并按照指定的转速旋转；一通讯模块：用于将电机控制电路的输出信号输出至直流电机信号输入端；一减速机构：与直流电机输出轴配接，用于将电机的高转速、低扭矩输出转化为低转速、高扭矩输出；一输出机构：与减速机构一端连接，将低转速、高扭矩输出至舵机；一位置传感器：与减速机构的另一端连接，用于将电机转速信号、位置信号反馈给电机控制电路；一温度传感器：用于反馈当前运行温度是否超过设定阈值，并将反馈信息发送至舵机控制单元；一电流保护电路：用于反馈直流电机驱动电流是否超过设定阈值，并将反馈信息发送至舵机控制单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊友军，
申请(专利权)人：深圳市优必选科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44