[发明专利]一种机器人单总线模块化数字舵机控制装置及控制方法

说明书

技术领域

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。本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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；

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。

本发明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。