[发明专利]一种数字舵机

说明书

技术领域

本发明属于小型轮、机器人驱动、小型仿人及仿生机器人关节以及需要进行位置控制的工业自动化领域，尤其涉及一种数字舵机。

背景技术

舵机，顾名思义是控制舵面的电动机。舵机的出现最早是作为遥控模型控制舵面、油门等机构的动力来源。舵机最早出现在航模运动中。在航空模型中，飞行机的飞行姿态是通过调节发动机和各个控制舵面来实现的。不仅在航模飞机中，在其他的模型运动中都可以看到它的应用：船模上用来控制舵，车模中用来转向等等。一般来讲，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。舵机的输入线共有三条：位于中间的红色是电源线，一边黑色的是地线，这两根线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗，而电源有两种规格，一种是4.8V，一种是6.0V，分别对应不同的转矩标准；另外一根线是控制信号线，舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽位置调制(PPM)信号，其中脉冲宽度通常从0.5ms-2.5ms，相对应输出轴的位置为0-180度，呈线性变化。也就是说，给控制引脚提供一定的脉宽(TTL电平，0V/5V)，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号它才会改变输出角度到新的对应的位置上。

由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围一般不能超过180度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节、飞机的舵面等。随着机器人技术的发展，特别是教育可重构机器人技术的发展，传统的舵机技术逐渐满足不了需求，如重构机器人要求执行单元不但能做角度转动，在某种情况下还需要做圆周运动等，同时，在用到多个舵机的情况下，整个系统的控制及布线显得繁琐且可靠性不能得以保证，在这种情况下，数字舵机应运而生。

数字舵机区别于传统的模拟舵机，模拟舵机需要给它不停的发送PWM信号，才能让它保持在规定的位置或者让它按照某个速度转动，数字舵机则只需要发送一次PWM信号就能保持在规定的某个位置。因此数字舵机的出现得以实现48路舵机控制器的实现。按照舵机的转动角度分为180度舵机和360度舵机。其中180度舵机只能在0度到180度之间运动，超过这个范围，舵机就会出现超量程的故障，轻则齿轮打坏，重则烧坏舵机电路或者舵机里面的电机。而360度舵机转动的方式和普通的电机类似，可以连续的转动，不过我们只可以控制它转动的方向和速度，不能调节转动角度。数字舵机从根本颠覆了舵机的控制电路板体系，相对于传统模拟舵机，数字舵机的两个优势是：其一、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，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；其二、数字舵机以高得多的频率向马达发送动力脉冲。就是说，相对与传统的50脉冲/秒，现在是300脉冲/秒。虽然因为频率高的关系，每个动力脉冲的宽度被减小了，但马达在同一时间里收到更多的激励信号，并转动得更快。这也意味着不仅仅舵机马达以更高的频率响应发射机的信号，而且“无反应区”变小；反应变得更快；加速和减速时也更迅速、更柔和；数字舵机提供更高的精度和更好的固定力量。此外还有防抖动，响应速度快的优点。

从上文可以看到，一般的数字舵机，虽然解决了传统舵机的控制问题，但其转动角度范围还是只有180度，同时对于一台数字舵机要么是在角度可控模式即位置控制模式(在正负90度调节或是0-180度)，要么就是电机模式(360度旋转)，二者没有得到很好的兼顾，使其在实际应用中受到很大的局限性。

进一步的是，对于传统的数字舵机还具有以下待解决的技术问题：

其一、传统舵机无反馈，不能形成闭环控制，使得控制系统精度低，可靠性差；

其二、传统舵机每装一个电机都需要一路PPM单独控制，上位机控制电路复杂，资源占用较多；

其三、传统舵机每一个都要连接到控制电路上，如果使用的较多布线比较复杂、繁多，易造成信号干扰，稳定性较差；

其四、传统舵机无温度、负载、电压等反馈和保护。

发明内容

本发明基于现有数字舵机存在的上述缺陷，提供了一种新型的数字舵机，该舵机最大的发明点在于集传统舵机两种控制模式于一身，使其应用范围扩大，消除了其实际应用的局限性。

本发明提供的技术方案为：

一种数字舵机，其包括：

直流电机；

角度传感器，其感测所述直流电机的转动角度；