CN206135675U - 一种数字舵机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种数字舵机，包括直流电机、减速装置以及动力输出装置，直流电机由控制模块控制，该控制模块中设置有控制器，控制器的输入端连接有温度传感器、通讯模块以及电位器，输出端连接有驱动电路；驱动电路的输出端和直流电机连接；减速装置的输入端连接在直流电机的输出轴上；减速装置的输出端与动力输出装置相连，电位器安装在减速装置上；通讯模块用于接收上位机的控制信号，并将该控制信号传输到控制器；电位器用于检测直流电机的转动角度信息反馈到控制器。有益效果：本实用新型可以实现多种工作模式的转换，提高了控制精度，降低成本；同时采用异步串行总线与上位机进行通讯，简化了上位机的控线数量，降低了上位机的负担。

Description

一种数字舵机

技术领域

本实用新型涉及机器人应用技术领域，具体涉及一种数字舵机。

背景技术

舵机具有体型小、重量轻、扭矩大和精度高等特点，作为驱动广泛地应用在遥控模型和机器人领域。按照信号处理不同分为模拟舵机和数字舵机，传统的模拟舵机是将输入的控制信号PWM由解调电路解调获得一个偏置电压，该偏置电压与电位器电压的电压差通过驱动电路驱动电机转动，通过齿轮组速，直到电压差为零时，电机停止转动，期间，需要不停地发送PWM信号才能使电机保持某一转速转动；但是数字舵机只需要发送一次PWM信号即可让电机在设定转速下持续转动。

数字舵机相比于模拟舵机，设置的微处理器可以满足不同的功能要求，一定程度地优化舵机性能，同时由于马达的输入脉冲频率更高，使得数字舵机可以提供的精度更准确。但是现有的数字舵机仍存在诸多缺陷需要解决，例如：工作模式单一，只能选择0-180度、0-270度和360度连续旋转其中一种工作模式，如果***需要多种模式的舵机，必须选购三种类型的舵机，不仅使用不方便，而且成本太高；不能把当前信息实时反馈到控制端，使得控制精度低，可靠性差。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供了一种数字舵机，该数字舵机可以实现多种工作模式的转换，提高了控制精度，降低成本；同时采用异步串行总线与上位机进行通讯，简化了上位机的控线数量，降低了上位机的负担。

一种数字舵机，包括直流电机、减速装置以及动力输出装置，直流电机由控制模块控制，该控制模块中设置有控制器，控制器的输入端连接有温度传感器、通讯模块以及电位器，输出端连接有驱动电路；驱动电路的输出端和直流电机连接；减速装置的输入端连接在直流电机的输出轴上；减速装置的输出端与动力输出装置相连，电位器安装在所述减速装置上；通讯模块用于接收上位机的控制信号，并将该控制信号传输到所述控制器；温度传感器用于检测当前运行温度信息并反馈到控制器；电位器用于检测直流电机的转动角度信息反馈到控制器。

本实用新型提供的数字舵机中，温度传感器可以检测该数字舵机当前的运行温度信息，并及时反馈到控制器，为控制器的响应提供参数；控制器和上位机之间通过异步串行总线进行通讯连接，通讯模块可以接收上位机的控制号，再将控制信号传输到控制器；电位器可以检测直流电机的转动角度信息，并将信息反馈到控制器，控制器根据反馈的温度信息、直流电机的转动角度信息以及上位机的控制信号可以调整该数字舵机的工作模式；可以切换的工作模分别有0-180度、0-270度、360度。

可选地，上述数字舵机中，控制器与上位机通过异步串行总线进行通讯连接，用于接收上位机的控制信号。

上述数字舵机的控制器和上位机之间采用异步串行总线进行的方式进通讯连接，可以同时串联254个舵机，而且每个舵机之间是可以独立工作并且不受干扰的；通过总线将所有信息发送到舵机，通过对应的ID匹配，获取匹配的ID数据，从而实现独立控制。

可选地，上述数字舵机中，控制器包括主控芯片，该主控芯片采用芯片STM8S003F3。

单片机STM8S003F3可以简化电路，并且具有8K FLASH空间，可以用于存储相关参数，成本低，适合作为舵机内部控制器。

可选地，上述数字舵机中，驱动电路包括第一集成芯片IRF7389，第二集成芯片IRF7389，用于驱动所述直流电机转动。

可选地，上述数字舵机中，直流电机的供电电压为5-12V。

可选地，上述数字舵机中，驱动电路还包括三极管Q2、三极管Q4、三极管Q6、三极管Q1、三极管Q3、三极管Q5；三极管Q4的集电极与第一集成芯片IRF7389的G1管脚连接，三极管Q6集电极与第一集成芯片IRF7389的G2管脚连接，三极管Q4的基极与三极管Q6基极并联后与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极与主控芯片STM8S003F3的时钟输出端口连接；三极管Q3的集电极与第二集成芯片IRF7389的G1管脚连接，三极管Q1的集电极与第二集成芯片IRF7389的G2管脚连接，三极管Q1的基极与三极管Q3基极并联后与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的基极与主控芯片STM8S003F3的定时器3通道端口连接。

可选地，上述数字舵机中，还包括一颗LED灯，该LED灯与所述主控芯片连接，用于显示该数字舵机的运行状态。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的数字舵机，包括直流电机、减速装置以及动力输出装置，直流电机由控制模块控制，该控制模块中设置有控制器，控制器的输入端连接有温度传感器、通讯模块以及电位器，输出端连接有驱动电路；驱动电路的输出端和直流电机连接；减速装置的输入端连接在直流电机的输出轴上；减速装置的输出端与动力输出装置相连，电位器安装在所述减速装置上；通讯模块用于接收上位机的控制信号，并将该控制信号传输到所述控制器；温度传感器用于检测当前运行温度信息并反馈到控制器；电位器用于检测直流电机的转动角度信息反馈到控制器。控制器根据反馈的温度信息、直流电机的转动角度信息以及上位机的控制信号可以调整该数字舵机的工作模式，实现多种工作模式的转换，提高了控制精度，降低成本；同时采用异步串行总线与上位机进行通讯，简化了上位机的控线数量，降低了上位机的负担，可以同时串联254个舵机，实现每个舵机之间的独立工作且不受干扰。

附图说明

图1为本实用新型数字舵机的结构示意图；

图2为本实用新型数字舵机的控制模块示意图；

图3为本实用新型数字舵机的驱动电路电路图。

附图标记：

1-数字舵机接口；2-控制模块；3-直流电机；4-减速装置；5-输出装置；6-限位装置

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例：

参照图1，本实用新型提供的数字舵机包括数字舵机接口1、控制模块2、直流电机3、减速装置4、输出装置5、限位装置6；控制模块2的驱动电路输出端和直流电机3连接，直流电机3的输出轴配接有减速装置4，减速装置4与输出装置5连接，控制模块2还与一限位装置6连接。

参照图2，本实用新型数字舵机的控制模块包括控制器、温度传感器、通讯模块、电位器、驱动电路、保护电路；该控制器的输入端分别与温度传感器、通讯模块以及电位器连接，输出端分别与驱动电路、保护电路连接；驱动电路的输出端和直流电机连接；电位器安装在减速装置上；控制器与上位机通过异步串行总线进行通讯连接，通讯模块用于接收上位机的控制信号，并将该控制信号传输到控制器；控制器包括主控芯片，该主控芯片采用芯片STM8S003F3；温度传感器用于将当前运行温度信息反馈到控制器；电位器用于精确检测直流电机的转动角度信息，并将信息反馈到控制器；保护电路用于检测直流电机的驱动电流是否超过预设值，输入电压是否超过预设电压，并将检测信息反馈到控制器；直流电机的供电电压为10V；在主控芯片STM8S003F3上还连接有一颗LED灯，用于显示该数字舵机的运行状态。

参照图3，为图2中的驱动电路，该驱动电路包括三极管Q2、三极管Q4、三极管Q6、三极管Q1、三极管Q3、三极管Q5；三极管Q4的集电极与第一集成芯片IRF7389的G1管脚连接，三极管Q6集电极与第一集成芯片IRF7389的G2管脚连接，三极管Q4的基极与三极管Q6基极并联后与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极与主控芯片STM8S003F3的时钟输出端口连接；三极管Q3的集电极与第二集成芯片IRF7389的G1管脚连接，三极管Q1的集电极与第二集成芯片IRF7389的G2管脚连接，三极管Q1的基极与三极管Q3基极并联后与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的基极与主控芯片STM8S003F3的定时器3通道端口连接；三极管Q1和Q6为PNP型三极管，采用的型号为MMBT2907，三极管Q2、Q3、Q4和Q5为NPN型三极管，采用的型号为MMBT2222A；Q2的基极连接有电阻R6，Q4的基极连接有电阻R11，Q6的基极连接有电阻R16，Q1的基极连接有电阻R5，Q3的基极连接有电阻R10，Q5的基极连接有电阻R15；直流电机M连接在第一集成芯片IRF7389和第二集成芯片IRF7389的输出端之间。

在具体实施过程中，上位机将控制信号通过异步串行总线的方式传输到通讯模块，通讯模块接收控制信号之后将其传输到控制器；温度传感器检测该数字舵机的当前运行温度信息反馈到控制器；电位器检测直流电机的转动角度信息，并将信息反馈到控制器；控制器根据反馈的温度信息、直流电机的转动角度信息以及上位机的控制信号将控制指令传输到驱动电路；驱动电路的输出端连接直流电机，直流电机按照指定转速旋转；减速装置将直流电机的高转速、低扭矩输出转化为低转速、高扭矩输出；输出机构将低转速、高扭矩输出到数字舵机；通过以上工作流程，可以实现该数字舵机工作模式的切换，分别有0-180度、0-270度、360度，而且锁位准确，无抖动，无过冲，在舵机使用过程中，大大提高调试效率；该数字舵机响应快，杜绝了“无反应区”的情况出现；同时激励脉冲频率高，反应快，加速和减速更迅速、更柔和，能提高精确度和稳定性；减速装置的高精度，可将直流电机输出扭矩增加200-300倍。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

本实用新型的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (7)

1.一种数字舵机，包括直流电机、减速装置以及动力输出装置，其特征在于，所述直流电机由控制模块控制，该控制模块中设置有控制器，控制器的输入端连接有温度传感器、通讯模块以及电位器，输出端连接有驱动电路；所述驱动电路的输出端和直流电机连接；

所述减速装置的输入端连接在所述直流电机的输出轴上；所述减速装置的输出端与所述动力输出装置相连，所述电位器安装在所述减速装置上；

所述通讯模块用于接收上位机的控制信号，并将该控制信号传输到所述控制器；所述温度传感器用于检测当前的运行温度信息并反馈到所述控制器；所述电位器用于检测所述直流电机的转动角度信息并反馈到所述控制器。

2.根据权利要求1所述的数字舵机，其特征在于，所述控制器与上位机通过异步串行总线进行通讯连接，用于接收上位机的控制信号。

3.根据权利要求2所述的数字舵机，其特征在于，所述控制器包括主控芯片，该主控芯片采用芯片STM8S003F3。

4.根据权利要求3所述的数字舵机，其特征在于，所述驱动电路包括第一集成芯片IRF7389，第二集成芯片IRF7389，用于驱动所述直流电机转动。

5.根据权利要求4所述的数字舵机，其特征在于，所述直流电机的供电电压为5-12V。

6.根据权利要求5所述的数字舵机，其特征在于，所述驱动电路还包括三极管Q2、三极管Q4、三极管Q6、三极管Q1、三极管Q3、三极管Q5，所述三极管Q4的集电极与所述第一集成芯片IRF7389的G1管脚连接，所述三极管Q6集电极与所述第一集成芯片IRF7389的G2管脚连接，所述三极管Q4的基极与三极管Q6基极并联后与三极管Q2的集电极连接，三极管Q2的基极与所述主控芯片STM8S003F3的时钟输出端口连接；所述三极管Q3的集电极与所述第二集成芯片IRF7389的G1管脚连接，所述三极管Q1的集电极与所述第二集成芯片IRF7389的G2管脚连接，所述三极管Q1的基极与三极管Q3基极并联后与三极管Q5的集电极连接，三极管Q5的基极与所述主控芯片STM8S003F3的定时器3通道端口连接。

7.根据权利要求6所述的数字舵机，其特征在于，还包括一颗LED灯，该LED灯与所述主控芯片连接，用于显示该数字舵机的运行状态。