[发明专利]多重伺服马达控制系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多重伺服马达控制系统与方法。

背景技术

机器人的研究，一直是工业界的一项重点。其中，人型或其它多 手足机器人由于关节多，需要多个伺服马达来控制其关节运动。传统 式多重伺服马达控制系统如图1所示，其中主控制器100个别控制每 一个伺服马达#1-#N，换言之，当系统需要控制N个伺服马达时，主 控制器就需要N个脚位。请参阅图2，在人型机器人中，所需的伺服 马达高达17组，因此主控制器需要17个脚位以控制伺服马达。

每个传统式伺服马达有三条线：电源(VDD)、接地(GND)、脉宽调 变讯号(PWM)输入控制线；如图1、2所示，这三条线合为一组，且 各别与主控制器连接。其中，PWM输入控制线将主控制器产生的PWM 控制讯号送到对应的伺服马达。PWM输入控制线为单向讯号传递，只 能由主控制器下命令给伺服马达，无法将马达状态回传给主控制器， 因此主控制器无法得知该马达位置是否已达该到的位置？马达是否有 过电流现象？等等。

此种控制系统架构的优点在于主控制器与伺服马达是一对一方 式，主控制器可以直接控制任何一个伺服马达，因此在撰写控制程序 时较为单纯。其缺点在于：(A)主控制器所需的输出脚位多，造成成本 增加；(B)布线多、组装复杂，每个马达都需要通过一组三条线与主控 制器连接，一个人型机器人便需要17组共51条线，且伺服马达分布 在机器人体的各处，造成布线、组装、维修的困扰。

另一种多重伺服马达控制系统如图3所示，其中主控制器200通 过总线的架构控制多个伺服马达。所示多重伺服马达控制总线可以依 据I²C、UART或自订的序列总线通讯协议，讯号线可以是一条或以上， 图标以一条为例。每个伺服马达有三条线：VDD(未示出)、GND(未 示出)、多重伺服马达控制总线线(MSMCB，Multiple Servo Motor Control Bus)。主控制器与伺服马达通过MSMCB沟通，主控制器可下 命令给伺服马达，伺服马达也可将状态回传给主控制器，主控制器可 以得知马达的状态，包括位置、马达是否有过电流现象、等等。

图3所示架构应用于人型机器人时，其布线方式如图4，其中实线 表示外部接线，虚线表示伺服马达的内部接线；所有实虚线为串联的 同一组线。与图1所示现有技术相似，该组线中可以包含VDD、GND、 MSMCB三条电源与讯号线。

在图3、4所示控制系统架构中，由于全部伺服马达的讯号线 MSMCB都接在一起，主控制器200只需要一个脚位，就可以控制多个 伺服马达。但由于伺服马达共享MSMCB，所以每个伺服马达需设定 ID，才能在主控制器发送指令时用以分辨所要沟通的对象伺服马达。ID 的设定需在组装前通过特定装置完成，通常是在每个伺服马达中各设 置一个EEPROM来记录该伺服马达所被指定的ID。

此种控制系统架构的优点在于主控制器可以减少脚位、并简化系 统布线，但其缺点在于：(A)伺服马达需要ID，机器人上每个位置的 马达所对应的ID是固定的，组装前每一伺服马达必须要根据该伺服马 达被组装的位置作正确设定，若任一伺服马达损坏需要更换时，必须 以人为方式重新设定正确的ID；(B)由于主控制器对所有伺服马达的 沟通都通过讯号线MSMCB，因此该总线的负担量甚大；主控制器对各 个伺服马达控制效能较差。

有鉴于以上两种现有技术都不尽满意，因此本发明提出一种多重 伺服马达控制系统与方法，其一方面可简化布线，另一方面具有自动 设定ID的功能，以解决组装与维修时的困扰。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种多 重伺服马达控制系统。

本发明的第二目的在于，提出一种多重伺服马达控制方法。

本发明的第三目的在于，提出一种可用于此种多重伺服马达控制 系统中的伺服马达。

为达上述目的，根据本发明的其中一个观点，提供了一种多重伺 服马达控制系统，其包含：主控制器；第一多个伺服马达；以及第一 多重伺服马达控制总线(MSMCB)，可供主控制器与各伺服马达双向传 递讯号，该第一MSMCB以串联方式连接该第一多个伺服马达；其中 除最后一个伺服马达外的各伺服马达在该第一MSMCB上包含有对应 的开关，各开关在开机时的预设状态是断路，待设定ID完毕后转为导 通，使其后的伺服马达得以收到来自主控制器的讯号。