[实用新型]一种智能机器人舵机驱动器

说明书

技术领域

本实用新型是一种基于STM32微控制器和CAN总线的机器人舵机数字智能驱动器，主要用于仿生学机器人舵机中，也可以用于汽车、船、飞机模型舵机中，属于机器人控制技术领域。

背景技术

舵机最早用于航空模型中，主要用于调整航模飞机舵面，来控制航模飞机飞行姿态。由于它结构紧凑，体积小，力矩较大，控制较为简单，在仿生学机器人关节上广泛应用。

一般来讲，传统舵机主要由以下几个部分组成：舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等。

工作原理：控制电路板接收来自信号线的脉宽调制(PWM)信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。舵机的控制信号为PWM信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为0-180度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的占空比的PWM信号，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上。

这种传统舵机主要存在以下这些不足：

(1)采用集中式布线控制，不便于分布式控制系统使用，机器人关节众多，

采用集中式控制对主控制器负担重，且布线复杂，易受干扰。

(2)无法反馈舵机状态，不便于机器人获取关节角度、力矩等信息。

(3)无法设定和存储舵机参数，不便于机器人设定关节地址、速度、起始终止位置等信息。

(4)无电压，电流，温度监测和保护，容易在使用中过载造成舵机的永久损坏。

实用新型内容

本实用新型主要针对舵机在机器人上应用存在的以上问题，提供了一种基于STM32微控制器的数字化智能舵机，该舵机具有CAN双向通信，两个外部接口，结构紧凑，可以安装在标准舵机内部(控制器小于等于17×36mm)，结构紧凑，安装方便，智能化高，控制精度高，反应灵敏，可安装在多种型号舵机中作为通用舵机驱动器。

本实用新型具有电机温度、H桥温度、电源电压、电流检测及保护功能，可以设定、存储和读取以下参数：舵机位置、舵机编号、起始终止位置、旋转角度修正、警告温度、PID参数、状态自动反馈速率，电机可以装载或卸载，舵机速度、位置、电机温度、H桥温度、电源电压、电流状态可以实时自动反馈。其具体技术方案如下：

本舵机驱动器包括：CAN总线接口、CAN驱动器、微控制器、两路温度检测装置、一路电源电压检测装置、一路电流检测装置、电机驱动器、稳压电源。CAN总线接口与CAN总线驱动器相连接，用于接收和发送CAN总线信号；CAN驱动器与微控制器相连接；微控制器与电机驱动器相连接；电机驱动器与电机相连接；一路温度传感器固定在电机驱动器上，与微控制器相连接，用于检测电机驱动器温度；另外一路温度传感器固定在电机上，与微控制器相连接，用于检测电机表面温度；电源电压检测装置，一端并连在电源两端，另外一端与微控制相连接；电流检测装置，一端与电机驱动器相连接，另外一端与微控制器相连接，用于检测通过电机驱动器的电流大小；位置电位器与微控制器相连接，用于检测舵机的位置，其中位置电位器位于航模舵机主体内部；电源芯片分别给各个芯片电路供电。

本发明的工作原理如下：

上位机发送命令给CAN总线，舵机驱动器结点接收到信号之后由微控制器处理执行对应命令，微控制器通过CAN总线给上位机发送反馈数据；微控制器实时采集并可以发送电位器的位置信号、电机驱动器温度传感器信号、电机温度传感器信号、电源电压检测装置信号、电流传感器信号；微控制器根据上位机发送的位置命令，实时控制电机正向或反向旋转，最终旋转到命令指定位置；微控制器可以接收、存储或者发送舵机参数：地址、启动位置、旋转角度修正、自动反馈速率、电机警告温度、电机驱动器警告温度、运行最高电压值、最低电压值、最高电流值、PID参数(PID的P参数、I参数、D参数、死区大小)、旋转最大位置、旋转最小位置、PWM输出最大值、PWM输出最小值、电机是否卸载：微控制器根据电压检测装置，测得电压值大于最高电压设定值时，或者电压值小于最低电压设定值时，卸载电机，通过上位机发送命令恢复；微控制器根据电流检测装置，测得电流大于最高电流设定值时，卸载电机，通过上位机发命令恢复；位置电位器采样精度为12位。

本发明较传统舵机驱动器有如下优势：

(1)集成度高，性能可靠，结构紧凑，可内置于标准舵机中。