CN101417425A - 多重伺服马达控制***与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多重伺服马达控制方法,包含:将第一多个伺服马达串联;在串联路径上为除最后一个伺服马达外的每一个伺服马达设置对应的开关;依序设定除最后一个伺服马达外的各伺服马达的ID,并导通对应的开关:以及设定最后一个伺服马达的ID。
Description
技术领域
本发明涉及一种多重伺服马达控制***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***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***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***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***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 MotorControl 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***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***架构的优点在于主控制器可以减少脚位、并简化***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***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***。
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***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***,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。
根据本发明的另一观点,提供了一种多重伺服马达控制方法,包含:将第一多个伺服马达串联;在串联路径上为除最后一个伺服马达外的每一个伺服马达设置对应的开关;依序设定除最后一个伺服马达外的各伺服马达的ID,并导通对应的开关;以及设定最后一个伺服马达的ID。
以上所述的***与方法中,最后一个伺服马达当然亦可设置对应的开关。
此外,除串联的第一多个伺服马达外,可另提供一组串联的第二多个伺服马达,使全部伺服马达成为串联与并联混合的连接方式。
根据本发明的再另一个观点,提供了一种伺服马达,包含:马达驱动器;马达;设定ID的单元;以及开关,位于一总线上,该总线可供与伺服马达外部沟通;其中,该开关在开机时的预设状态是断路,待该设定ID单元设定ID后转为导通。
下面通过具体实施例配合所附的图式详加说明,当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1与图2说明一种现有技术的多重伺服马达连接方式;
图3与图4说明另一种现有技术的多重伺服马达连接方式,在此种连接方式中必须设定伺服马达ID;
图5显示本发明的一个实施例,其可自动依序设定ID,并具有较佳的设计弹性;
图6举例示出本发明如何应用于人型机器人中;
图7说明设定ID的流程;
图8至图9举例示出伺服马达如何设定ID并导通开关。
图中符号说明
100,200,300 主控制器
#1-#17 伺服马达
#11-#1M,#21-#2N,#31-#3L,#41-#44,#51 伺服马达
MSMCB,MSMCB1-MSMCB5 多重伺服马达控制总线
P11,P12 处理器
S11,S12 ID设定单元
S100-S105 步骤
SW11-SW1M,SW21-SW2N,SW31-SW3L,SW41-SW44,SW51 开关
具体实施方式
请参阅图5,其中显示本发明的一个实施例。在本实施例中,每个伺服马达同样有三条连接线:VDD(未示出)、GND(未示出)、MSMCB线。MSMCB线可以依据I2C、UART或自订的序列总线通讯协议来传递讯号,讯号线可以是一条或以上,图标以一条为例。
本实施例中,采取串联与并联混合方式,将所有的伺服马达依其应用位置而分成若干串,第一串有M个伺服马达,第二串有N个伺服马达,第三串有L个伺服马达,…等等。M,N,L为正整数,彼此可以相等或不等。例如请见图6,当本发明应用于机器人中时,可令第一串310为机器人的右脚,设置四个伺服马达#11-#14;第二串320为机器人的左脚,设置四个伺服马达#21-#24;第三串330为机器人的右手,设置四个伺服马达#31-#34;第四串340为机器人的左手,设置四个伺服马达#41-#44;第五串350为机器人的头部,设置个伺服马达#51。
需注意的是,图6所示仅为举例说明,所有伺服马达分成几串、每串设置几个马达并没有特别的限制,串联与并联混合的好处在于马达组装布线简洁规律,并兼顾主控制器对各个伺服马达的控制效率,但若将所有伺服马达全部串在一起,也是可以的。
主控制器300与每一串伺服马达310-350通过对应的多重伺服马达控制总线线MSMCB1-MSMCB5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,令主控制器得知马达的状态如马达位置、是否有过电流现象等等。
就每一条MSMCB线而言,由于有多个伺服马达共享,因此仍然必须设定各个伺服马达ID,以分辨主控制器300所要沟通的对象伺服马达。本发明与现有技术的主要差异即是在此,在本发明中,***在组装或维修时,都用相同的伺服马达,不需要在各伺服马达电路中设置EEPROM,就能够在***开机时自动设定各个伺服马达ID以便***正常运作;不但节省硬件成本,也免除了组装与维修时ID设定的困扰。
详言之,请参阅图5,以MSMCB1上的该串伺服马达为例,在各伺服马达的MSMCB线路上设有对应的开关SW11-SW1M。每个开关在开机时的预设状态是OFF,因此自主控制器300而来的讯号,并不会往后传送。其实际进行方式例如可安排为:开机后所有伺服马达的ID都是0,代表ID是在尚未被设定的情形。如果伺服马达的ID是0的状态,而且收到来自主控制器300设定ID的命令,代表是对该伺服马达设定ID。任何一个伺服马达收到设定ID命令后,一方面设定本身的ID,另一方面会使对应的开关导通(ON),如此,紧接位于其后的伺服马达才能收到来自主控制器300的讯号。换言之,任何一个伺服马达在前一个马达设定ID之前,是不会收到任何命令的,故主控制器300可以依序为每一伺服马达设定ID。当ID设定完成之后,各伺服马达开始依照所定义的总线讯协议双向传送讯号,对于主控制器3300下传给目标伺服马达的指令、或目标伺服马达要上传送给主控制器300的讯号,位于主控制器300与目标伺服马达间的各伺服马达有如讯号的转发器(repeater),提供讯号传递的功能。
开机后伺服马达尚未被主控制器300设定ID前,其ID值可以为任一预设的值,本说明书中的0仅是举例。
图标最后一个伺服马达#1M就可以不必再开启其开关SW1M,因此也不必一定要使用与其它伺服马达相同的电路结构,但为便利管理与撰写主控制器程序起见,仍以使用相同结构的伺服马达为佳。
以上所述依序为每一伺服马达设定ID的流程,可参阅图7。如图所示,开机后所有伺服马达的ID都是0,首先于步骤S100设定ID为1。接着在步骤S101中,由主控制器300发送讯号设定第一个伺服马达的ID。接着在步骤S102中,伺服马达设定其本身的ID,并回传讯号告知主控制器300已完成ID设定,此外也导通其开关。接着在步骤S103中,***检查是否已完成所有伺服马达的ID设定,例如在主控制器300的程序中可以预设所欲设定ID的伺服马达数目,或不预设数目而用计算时间(time out)机制侦测是否有伺服马达响应,等等。如仍需继续设定伺服马达ID,则进入步骤S104,将ID号码增加1,然后回到步骤S101,继续设定伺服马达ID。如已将所有伺服马达ID皆设定完毕,则结束设定流程(步骤S105)。当然,ID号码不限以加1的方式变化,只要不同数值即可。
另外,本发明适用于伺服马达不同的串联、并联组合。以图5为例,主控制器300通过MSMCB1设定伺服马达#11-#1M的ID;接着再继续通过MSMCB2设定伺服马达#21-#2N的ID;依此类推,可以轻易地设定所有伺服马达。
至于各伺服马达如何适应主控制器300的讯号来设定本身ID并开启对应开关,有各种软件与硬件作法可以达成,其中一例请参见图8。如图所示,伺服马达#11中包含一个ID设定单元S11(伺服马达中还包含其它电路,例如马达驱动器、马达等,但与本发明无关,故省略绘示),此ID设定单元并不需要是一个EEPROM,而可以仅是一个少数位的缓存器。当ID设定单元S11接受设定的后,即产生讯号,使开关SW11导通。
图9标出另一种作法,此作法中由伺服马达#11内的处理器P11以软件方式储存ID,例如储存于内存(未示出)中的固定地址,并由处理器P11发出讯号使开关SW11导通。
当开关SW11导通之后,伺服马达#12即可接受讯号设定ID。除图8、9外,还可以有别种设计方式,不一一赘述。
另以上所述的开关可以硬件或软件方式来完成。
综上所述,本发明的主要重点在于:在各马达的MSMCB线路上设有对应的开关,各开关在开机时的预设状态是断路(OFF),待设定ID完毕后转为导通(ON),使其后的伺服马达得以收到来自主控制器的讯号。相较于现有技术,有以下的优点:一、可节省EEPROM的硬件成本;二、在开机时自动设定ID,省去组装与维修时人为设定ID的困扰;三、若将各马达以串联与并联混合方式连接(非必要),更可提高伺服马达控制效率与***的设计弹性,同时使***布线简洁规律。
以上已根据实施例说明本发明的技术思想及特点,其目的仅为使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施,当不能以之限定本发明的专利范围。例如,本发明不限于应用于人形机器人,只要以多重伺服马达依本发明的***联接方式运作亦应涵盖在本发明的专利范围内。因此凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰,均应涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (12)
1.一种多重伺服马达控制***,其特征在于,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,可供主控制器与各伺服马达双向传递讯号,该第一多重伺服马达控制总线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多重伺服马达控制总线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。
2.如权利要求1所述的多重伺服马达控制***,其中,最后一个伺服马达在该第一多重伺服马达控制总线上亦包含有对应的开关。
3.如权利要求1所述的多重伺服马达控制***,其中,另包含至少一个伺服马达,与该第一多个伺服马达不串联在同一串联路径上。
4.如权利要求3所述的多重伺服马达控制***,其中,包含两串以上的伺服马达,第一串为该第一多个伺服马达,第二串为第二多个伺服马达,该第二多个伺服马达经由第二多重伺服马达控制总线彼此串联。
5.如权利要求1所述的多重伺服马达控制***,其中,各马达包括储存ID的单元。
6.如权利要求1所述的多重伺服马达控制***,其中,各马达包括控制开关导通的单元。
7.一种伺服马达,其特征在于,包含:
马达驱动器;
马达;
储存ID的单元;以及
开关,位于一总线上,该总线可供与伺服马达外部沟通;
其中,该开关在开机时的预设状态是断路,待该储存ID单元储存ID后转为导通。
8.如权利要求7所述的伺服马达,其中,更包含控制开关导通的单元。
9.一种多重伺服马达控制方法,其特征在于,包含:
将第一多个伺服马达串联;
在串联路径上为除最后一个伺服马达外的每一个伺服马达设置对应的开关;
依序设定除最后一个伺服马达外的各伺服马达的ID,并导通对应的开关;以及
设定最后一个伺服马达的ID。
10.如权利要求9所述的多重伺服马达控制方法,其中,更包含:为最后一个伺服马达设置对应的开关;以及在设定最后一个伺服马达的ID后,导通对应该伺服马达的开关。
11.如权利要求9所述的多重伺服马达控制方法,其中,更包含:另外提供至少一个伺服马达,与该第一多个伺服马达不串联在同一串联路径上。
12.如权利要求9所述的多重伺服马达控制方法,其中,更包含:另外提供第二多个串联的伺服马达,与该第一多个伺服马达分为两串联路径。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090429 |