CN109591022B - 机器人关节舵机控制***、自动编号方法及计算电压方法 - Google Patents

Abstract

一种自动编号的机器人关节舵机控制***、自动编号方法及计算电压方法属于电机器人领域；现有技术当中将不同编号的舵机安装在不同关节的技术问题；包括主控制器、若干舵机分支和若干接线端子；主控制器上设有若干接线端子，每个接线端子分别连接一条舵机分支，舵机包括两个舵机接线端子、T型电阻分压网络和微处理器；两个舵机接线端子的两个节点线之间连接T型电阻分压网络；微处理器连接T型电阻分压网络的中间节点处，采集电压值；每个接线端子的节点线都分别通过一个上拉电阻连接一个基准电压，每个节点线所采用的上拉电阻不同，用于采集到不同的电压值；本发明能够自动进行编号，提高多关节机器人批量生产的效率，且方便用户自行组装机器人。

Description

机器人关节舵机控制***、自动编号方法及计算电压方法

技术领域

本发明属于机器人领域，尤其涉及一种自动编号的机器人关节舵机控制***、自动编号方法及计算电压方法。

背景技术

小型多关节机器人通常使用舵机作为关节的连接和驱动部分。舵机将电机，减速齿轮，控制板等元件封装成一个模块化的单元，具有安装方便、精度高、响应速度快等优点。按照输入信号的不同，舵机可分为模拟舵机和总线舵机。模拟舵机的输入信号是pwm信号，占空比对应舵机的输出角度，舵机本身不具备编号信息，多个舵机需要多个pwm信号进行控制，对于多关节机器人来说走线和控制比较复杂。总线舵机的输入信号是串行数字信号，比如RS232、RS485等，所有舵机都挂接在同一个总线上，每个舵机具有自己的编号，通过制定的通信协议可以根据编号对每个舵机进行控制，可根据需要对舵机参数进行实时的调整和反馈，并且走线十分简洁，在多关节机器人领域应用十分广泛。

多关节机器人的关节数量较多，一般十个以上。总线舵机在多关节机器人的安装过程中，首先需要给每个舵机进行编号，然后把指定编号的舵机安装于指定的关节上，不同编号的舵机对于不同的关节一般不具有互换性，这在批量生产中会严重的影响生产效率。此外，对于普通用户来说，如果自行组装多关节机器人，一旦把一个舵机装在了错误的关节上，则必须把结构件拆掉来更换舵机，用户体验较差。

发明内容

本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种自动编号的机器人关节舵机控制***、自动编号方法及计算电压方法，通过安装完成多关节机器人舵机之后，自动进行编号，提高多关节机器人批量生产的效率，且方便用户自行组装机器人，有效的解决了现有技术当中将不同编号的舵机安装在不同关节的技术问题。

本发明的技术方案：

一种自动编号的机器人关节舵机控制***，包括主控制器、若干舵机分支和若干接线端子；所述主控制器上设有若干接线端子，所述每个接线端子分别连接一条舵机分支，且每个接线端子对应唯一的舵机分支，所述每个舵机分支包括串联的若干个舵机；

所述舵机包括两个舵机接线端子、T型电阻分压网络和微处理器；所述每个舵机接线端子包括四根接线柱，四个接线柱分别为地线、电源线、串行信号线、节点线；两个舵机接线端子的地线、电源线、串行信号线相互导通，所述两个舵机接线端子的两个节点线之间连接T型电阻分压网络；

所述T型电阻分压网络包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述电阻R1串联电阻R2，所述电阻R3连接在电阻R1和电阻R2之间，所述电阻R3连接地线；所述电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值相同或者不同，所述电阻R1和电阻R2阻值相同时，所述两个舵机接线端子不区分输入端和输出端，即输入输出具有互换性；

所述微处理器的模数转换接口连接所述T型电阻分压网络的中间节点处，用于采集该点电压值；

每个接线端子的节点线都分别通过一个上拉电阻连接一个基准电压，每个节点线所采用的上拉电阻不同，用于使不同的舵机分支的每个舵机中微处理器的模数转换器采集到不同的电压值。

进一步地，所述接线端子包含四根接线柱，四个接线柱分别为地线、电源线、串行信号线、节点线；所述若干接线端子的地线、电源线、串行信号线相互连接导通。

一种基于所述自动编号的机器人关节舵机控制***实现的自动编号方法，包括以下步骤：

步骤S1、完成多关节机器人舵机的安装，安装过程中不同关节之间的舵机具有互换性；将主控制器以及舵机之间的接线端子进行连接，主控制器发送一条指令，通知所有舵机进行自动编号；

步骤S2、每个舵机接收到这条指令后，通过微处理器中的模数转换器采集自身T型电阻分压网络中间节点的特征电压值；

步骤S3、根据此特征电压值查找预先设定好的电压-编号对照表，确定自身编号；

步骤S4、主控制器发送完自动编号指令后，等待一段时间，依次轮询的发送带有舵机编号的问询指令，如第一次发送带有舵机编号为1的指令，第二次发送带有舵机编号为2的指令，以此类推，每发送完一条指令后，等待该编号的舵机进行应答，如果在预设的等待时间内收到了有效的应答或者超过了预设的等待时间没有应答，就发送下一条问询指令，直到所有编号轮询完毕为止；

步骤S5、主控制器的所有问询指令都收到了应答，则表明所有舵机完成了自动编号。

一种基于所述自动编号的机器人关节舵机的自动编号方法实现的电压计算方法，包括：

取电阻R1＝电阻R2＝R＝5k，电阻R3＝2R＝10k,上拉电阻R_A＝R＝5k,计算出舵机分支的每个舵机的特征电压值如下：

取上拉电阻R_B＝2R＝10k,计算出另一个舵机分支的每个舵机的特征电压值如下：

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

本发明提供了一种自动编号的机器人关节舵机控制***、自动编号方法及计算电压方法，通过安装完成多关节机器人舵机之后，自动进行编号，提高多关节机器人批量生产的效率，且方便用户自行组装机器人，有效的解决了将不同编号的舵机安装在不同关节的技术问题，与现有技术相比，具有下列优势。

(1)每个舵机不需要在出厂前进行预先编号。

(2)不同编号的舵机对于不同的关节具有互换性，提高批量生产效率。

(3)自动编号的方法对于不同的机器人形态具有可适应性，可用于多种不同形态的机器人。

(4)对于普通用户来说，组装机器人时无需考虑舵机编号，用户体验好。

附图说明

图1是本发明结构图；

图2是本发明舵机结构图；

图3是本发明流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

具体实施方式一

一种自动编号的机器人关节舵机控制***，如图1所示，包括主控制器、若干舵机分支和若干接线端子；所述主控制器上设有若干接线端子，所述每个接线端子分别连接一条舵机分支，且每个接线端子对应唯一的舵机分支，所述每个舵机分支包括串联的若干个舵机；

如图2所示，所述舵机包括两个舵机接线端子、T型电阻分压网络和微处理器MCU；所述每个舵机接线端子包括四根接线柱，四个接线柱分别为地线、电源线、串行信号线、节点线；两个舵机接线端子的地线、电源线、串行信号线相互导通，所述两个舵机接线端子的两个节点线之间连接T型电阻分压网络；

如图2所示，所述T型电阻分压网络包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述电阻R1串联电阻R2，所述电阻R3连接在电阻R1和电阻R2之间，所述电阻R3连接地线；所述电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值相同或者不同，所述电阻R1和电阻R2阻值相同时，所述两个舵机接线端子不区分输入端和输出端，即输入输出具有互换性；

所述微处理器MCU的模数转换接口连接所述T型电阻分压网络的中间节点处，用于采集该点电压值；

每个接线端子的节点线都分别通过一个上拉电阻连接一个基准电压，每个节点线所采用的上拉电阻不同，用于使不同的舵机分支的每个舵机中微处理器MCU的模数转换器采集到不同的电压值,如图2所示，本实施方式采用上拉电阻R_A和上拉电阻R_B。

对于一个给定的多关节机器人形态，通过设计主控制器每个节点线的上拉电阻以及舵机的T型电阻分压网络阻值，使安装在多关节机器人上的每个舵机微处理器采集到一个不同于其他舵机的电压值，而多个舵机就对应着多个不同的电压值，不同的电压值就对应着不同的舵机编号。

本发明还包括外壳、电机、减速齿轮组、轴承、控制板、电位器；主控制器集成在控制板上，所示外壳、电机、减速齿轮组、轴承、控制板、电位器的具体结构为现有技术，如申请号201721627265.5，名称为一种舵机和机器人的专利中公开的舵机结构一致。

具体地，所述接线端子包含四根接线柱，四个接线柱分别为地线、电源线、串行信号线、节点线；所述若干接线端子的地线、电源线、串行信号线相互连接导通。

具体实施方式二

一种基于所述自动编号的机器人关节舵机控制***实现的自动编号方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S1、完成多关节机器人舵机的安装，安装过程中不同关节之间的舵机具有互换性；将主控制器以及舵机之间的接线端子进行连接，主控制器发送一条指令，通知所有舵机进行自动编号；

步骤S2、每个舵机接收到这条指令后，通过微处理器MCU中的模数转换器采集自身T型电阻分压网络中间节点的特征电压值；

步骤S3、根据此特征电压值查找预先设定好的电压-编号对照表，确定自身编号；

步骤S4、主控制器发送完自动编号指令后，等待一段时间，依次轮询的发送带有舵机编号的问询指令，如第一次发送带有舵机编号为1的指令，第二次发送带有舵机编号为2的指令，以此类推，每发送完一条指令后，等待该编号的舵机进行应答，如果在预设的等待时间内收到了有效的应答或者超过了预设的等待时间没有应答，就发送下一条问询指令，直到所有编号轮询完毕为止；

步骤S5、主控制器的所有问询指令都收到了应答，则表明所有舵机完成了自动编号。

具体实施方式三

如图1和图2所示，本发明的主控制器具有多个接线端子，每个接线端子对应连接一个舵机分支，每个舵机分支上串联着多个舵机，以一个舵机分支为例，其上串联着3个舵机。

一个舵机包含两个舵机接线端子，每个舵机接线端子包含四根接线柱，四个接线柱分别对应地线GND、电源线VCC、串行信号线Signal、节点线Node1或Node2。两个舵机接线端子的地线、电源线、串行信号线在电气上是直接导通的，而两个节点线Node1和Node2之间是T型电阻分压网络。T型电阻分压网络包括三个电阻R1、R2和R3，当R1＝R2时，两个舵机接线端子无需区分哪个作为输入哪个作为输出，即具有互换性。还包含一个具有模数转换功能的微处理器MCU，微处理器MCU的一个模数转换接口连接至R1和R2的中间节点O，用于采集该点电压值VO，即该舵机的特征电压值。

一种基于所述自动编号的机器人关节舵机的自动编号方法实现的电压计算方法，包括：

取电阻R1＝电阻R2＝R＝5k，电阻R3＝2R＝10k,上拉电阻R_A＝R＝5k,计算出舵机分支的每个舵机的特征电压值如下：

取上拉电阻R_B＝2R＝10k,计算出另一个舵机分支的每个舵机的特征电压值如下：

通过上述方法，得到每个关节位置上舵机的特征电压值，考虑到分压电阻的误差，设定一个±5％的特征电压范围，由此得到一个电压-编号对照表，例如：

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种自动编号的机器人关节舵机控制***，其特征在于，包括主控制器、若干舵机分支和若干接线端子；所述主控制器上设有若干接线端子，所述每个接线端子分别连接一条舵机分支，且每个接线端子对应唯一的舵机分支，所述每个舵机分支包括串联的若干个舵机；

所述舵机包括两个舵机接线端子、T型电阻分压网络和微处理器；所述每个舵机接线端子包括四根接线柱，四个接线柱分别为地线、电源线、串行信号线、节点线；两个舵机接线端子的地线、电源线、串行信号线相互导通，所述两个舵机接线端子的两个节点线之间连接T型电阻分压网络；

所述T型电阻分压网络包括电阻R1、电阻R2和电阻R3；所述电阻R1串联电阻R2，所述电阻R3连接在电阻R1和电阻R2之间，所述电阻R3连接地线；所述电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值相同或者不同，所述电阻R1和电阻R2阻值相同时，所述两个舵机接线端子不区分输入端和输出端，即输入输出具有互换性；

所述微处理器的模数转换接口连接所述T型电阻分压网络的中间节点处，用于采集该点电压值；

每个接线端子的节点线都分别通过一个上拉电阻连接一个基准电压，每个节点线所采用的上拉电阻不同，用于使不同的舵机分支的每个舵机中微处理器的模数转换器采集到不同的电压值。

2.根据权利要求1所述一种自动编号的机器人关节舵机控制***，其特征在于，所述接线端子包含四根接线柱，四个接线柱分别为地线、电源线、串行信号线、节点线；所述若干接线端子的地线、电源线、串行信号线相互连接导通。

3.一种基于权利要求1所述自动编号的机器人关节舵机控制***实现的自动编号方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、完成多关节机器人舵机的安装，安装过程中不同关节之间的舵机具有互换性；将主控制器以及舵机之间的接线端子进行连接，主控制器发送一条指令，通知所有舵机进行自动编号；

步骤S2、每个舵机接收到这条指令后，通过微处理器中的模数转换器采集自身T型电阻分压网络中间节点的特征电压值；

步骤S3、根据此特征电压值查找预先设定好的电压-编号对照表，确定自身编号；

步骤S4、主控制器发送完自动编号指令后，等待一段时间，依次轮询的发送带有舵机编号的问询指令，如第一次发送带有舵机编号为1的指令，第二次发送带有舵机编号为2的指令，以此类推，每发送完一条指令后，等待该编号的舵机进行应答，如果在预设的等待时间内收到了有效的应答或者超过了预设的等待时间没有应答，就发送下一条问询指令，直到所有编号轮询完毕为止；

步骤S5、主控制器的所有问询指令都收到了应答，则表明所有舵机完成了自动编号。

4.一种基于权利要求3所述自动编号的机器人关节舵机的自动编号方法实现的电压计算方法，其特征在于，包括：

取电阻R1＝电阻R2＝R＝5k，电阻R3＝2R＝10k,上拉电阻R_A＝R＝5k,计算出舵机分支的每个舵机的特征电压值如下：

取上拉电阻R_B＝2R＝10k,计算出另一个舵机分支的每个舵机的特征电压值如下：

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