CN207603591U - 一种舵机上电电路和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电子电路技术领域，公开了一种舵机上电电路和机器人，所述舵机上电电路连接在直流电源与舵机之间，包括：用于接收开关控制信号并根据所述开关控制信号输出第一开关信号的开关模块；用于接入所述直流电源的电源模块；与所述电源模块和所述舵机连接，用于接收所述第一开关信号并输出驱动信号以使所述舵机开启/关闭的驱动模块；以及与所述开关模块、所述电源模块和所述驱动模块连接，用于对所述第一开关信号进行调节以使所述驱动信号的电压值在所述舵机开启时平滑上升的调节模块。本实用新型解决了舵机上电电路存在的上电瞬间电流过大的问题，避免了上电瞬间的大电流导致舵机驱动电压被拉低的问题，降低了舵机上电电路中元器件被损坏的风险。

Description

一种舵机上电电路和机器人

技术领域

本实用新型属于电子电路技术领域，尤其涉及一种舵机上电电路和机器人。

背景技术

舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制***。舵机被广泛应用于机器人各类关节运动中。

然而，传统的舵机上电电路在上电瞬间的电流过大，瞬间出现的大电流会导致舵机上电电路的输出电压被拉低，并且增大了舵机上电电路中的元器件被损坏的风险。

因此，传统的舵机上电电路存在上电瞬间电流过大的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种舵机上电电路，旨在解决传统的舵机上电电路存在的上电瞬间电流过大的问题。

本实用新型的第一方面提供了一种舵机上电电路，连接在直流电源与舵机之间，包括：用于接收开关控制信号并根据所述开关控制信号输出第一开关信号的开关模块；用于接入所述直流电源的电源模块；与所述电源模块和所述舵机连接，用于接收所述第一开关信号并输出驱动信号以使所述舵机开启/关闭的驱动模块；以及与所述开关模块、所述电源模块和所述驱动模块连接，用于对所述第一开关信号进行调节以使所述驱动信号的电压值在所述舵机开启时平滑上升的调节模块。

进一步地，所述驱动信号为电压驱动信号。

进一步地，所述开关模块包括：第一电阻、第二电阻、第一电容和第一开关管；所述第一电阻的第一端用于接收所述开关控制信号，所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的控制端连接，所述第二电阻和所述第一电容并联在所述第一开关管的控制端与地之间，所述第一开关管的输入端输出所述第一开关信号，所述第一开关管的输出端接地。

进一步地，所述第一开关管为N沟道场效应管，所述N沟道场效应管的栅极、漏极和源极分别对应为所述第一开关管的控制端、输入端和输出端。

进一步地，所述电源模块包括第二电容，所述第二电容的第一端与所述直流电源连接，所述第二电容的第二端接地。

进一步地，所述驱动模块包括第二开关管，所述第二开关管的控制端接收所述第一开关信号，所述第二开关管的输入端与所述电源模块连接，所述第二开关管的输出端与所述舵机连接。

进一步地，所述第二开关管为P沟道场效应管，所述P沟道场效应管的栅极、漏极和源极分别对应为所述第二开关管的控制端、输入端和输出端。

进一步地，所述调节模块包括：第三电阻、第四电阻和第三电容；所述第三电阻的第一端与所述开关模块连接，所述第三电阻的第二端与所述驱动模块连接，所述第四电阻和所述第三电容并联在所述第三电阻的第二端和所述电源模块之间。

进一步地，所述第三电容的容值为1.8～3.0μF。

本实用新型的第二方面提供了一种机器人，所述机器人包括舵机以及上述的舵机上电电路。

上述的舵机上电电路，开关模块接收舵机开关控制信号并输出第一开关信号，驱动模块接收第一开关信号并输出驱动信号以驱动舵机开启或关闭，调节模块对第一开关信号进行调节以使驱动信号的电压值在舵机开启时平滑上升，从而优化电源上电的平滑度。解决了舵机上电电路存在的上电瞬间电流过大的问题，避免了上电瞬间的大电流导致的舵机驱动电压被拉低的问题，降低了舵机上电电路中开关元件被损坏的风险。

附图说明

图1为本实用新型一种舵机上电电路的电路模块示意图。

图2为图1所示的一种舵机上电电路的示例电路原理图。

图3为图2所示的一种舵机上电电路的驱动信号的电压值随时间变化的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型的较佳实施例中舵机上电电路，连接在直流电源与舵机之间，包括开关模块11、电源模块12、调节模块13和驱动模块14。

开关模块11用于接收开关控制信号并根据开关控制信号输出第一开关信号；电源模块12用于接入直流电源；驱动模块13与电源模块12和舵机连接，用于接收第一开关信号并输出驱动信号以使舵机开启/关闭；调节模块14与开关模块11、电源模块12和驱动模块13连接，用于对第一开关信号进行调节以使驱动信号的电压值在舵机开启时平滑上升。

上述的舵机上电电路，开关模块11接收舵机开关控制信号并输出第一开关信号，驱动模块13接收第一开关信号并输出驱动信号以驱动舵机开启或关闭，调节模块对第一开关信号进行调节以使驱动信号的电压值在舵机开启时平滑上升，从而优化电源上电的平滑度。解决了舵机上电电路存在的上电瞬间电流过大的问题，避免了上电瞬间的大电流导致的舵机驱动电压被拉低的问题，降低了舵机上电电路中开关元件被损坏的风险。

在本实施例中，单片机输出开关控制信号，开关模块11与单片机的开关控制信号端连接，用于接收开关控制信号。

在本实施例中，驱动信号为电压驱动信号。驱动模块13输出的驱动信号为舵机电压，当驱动信号的电压值大于舵机的启动电压时，舵机启动。

请参阅图2，开关模块11包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第一开关管Q1；第一电阻R1的第一端与开关控制信号端FOOT_ON连接，用于接收开关控制信号，第一电阻R1的第二端与第一开关管Q1的控制端连接，第二电阻R2和第一电容C1并联在第一开关管Q1的控制端与地之间，第一开关管Q1的输入端输出第一开关信号，第一开关管Q1的输出端接地。

在本实施例中，第一开关管Q1为N沟道场效应管，具体地，N沟道场效应管的栅极通过第一电阻R1与开关控制信号端FOOT_ON连接，N沟道场效应管的源极接地，N沟道场效应管的漏极输出第一开关信号。当开关控制信号为高电平时，N沟道场效应管导通，此时N沟道场效应管的漏极电压被拉低，第一开关信号为低电平，当开关控制信号为低电平时，N沟道场效应管截止，此时，第一开关信号为高电平，第二电阻R2和第一电容C1构成RC延时电路，第一电容C1的第一端与第一开关管Q1的控制端连接，第一电容C1的第二端接地，当开关控制信号为高电平时，先对第一电容C1充电，第一电容C1的第二端的电压升高，当第一电容C1的第二端的电压值达到第一开关管Q1的导通电压时，第一开关管Q1导通。在其他实施方式中，第一开关管Q1为P沟道场效应管时，则当开关控制信号为高电平时，P沟道场效应管截止，此时第一开关信号为高电平，当开关控制信号为低电平时，P沟道场效应管导通，此时，第一开关信号为低电平。其中，第一开关管Q1也可为其他类型的开关器件，如绝缘栅双极晶体管，只要能实现与本实用新型相同的功能即可。

电源模块12包括第二电容C2，第二电容C2的第一端与直流电源连接，第二电容C2的第二端接地。

在本实施例中，直流电源为7.4V的直流电，第二电容C2用于存储直流电的电能。

驱动模块13包括第二开关管Q2，第二开关管Q2的控制端接收第一开关信号，第二开关管Q2的输入端与电源模块12连接，第二开关管Q2的输出端与舵机连接。

在本实施例中，第二开关管Q2为P沟道场效应管，具体地，P沟道场效应管的栅极与第三电阻R3的第二端连接，用于接收第一开关信号，P沟道场效应管的漏极与直流电源连接，P沟道场效应管的源极与舵机连接。当第一开关信号为低电平时，P沟道场效应管导通，此时驱动模块13输出高电平的驱动信号VCC_FOOT，控制舵机开启，当第一开关信号为高电平时，P沟道场效应管截止，此时驱动模块13输出低电平的驱动信号VCC_FOOT，控制舵机关闭。在其他实施方式中，第二开关管Q2为N沟道场效应管时，则当第一开关信号为低电平时，N沟道场效应管截止，此时驱动模块13输出低电平的驱动信号VCC_FOOT，控制舵机关闭，当第一开关信号为高电平时，N沟道场效应管导通，此时驱动模块13输出高电平的驱动信号VCC_FOOT，控制舵机开启。其中，第二开关管Q2也可为其他类型的开关器件，如绝缘栅双极晶体管，只要能实现与本实用新型相同的功能即可。

调节模块14包括：第三电阻R3、第四电阻R4和第三电容C3；第三电阻R3的第一端与开关模块11连接，用于接收第一开关信号，第三电阻R3的第二端与驱动模块13连接，具体地，第三电阻R2的第二端与第二开关管Q2的控制端连接，第四电阻R4和第三电容C3并联在第三电阻R3的第二端和电源模块12之间。

在本实施例中，第三电阻R3和第四电阻R4组成分压电路，第三电阻R3和第四电阻R4的阻值通过欧姆定律确定分压，用于确保第二开关管处于完全开启状态，其中，第三电阻R3的阻值为10KΩ，第四电阻R4的阻值为100KΩ，第三电阻R3和第三电容C3组成RC放电电路，第三电容C3的第一端与电源模块11连接，第三电容C3的第二端与第二开关管Q2的控制端连接，且第三电容C3的第二端通过第三电阻与第一开关管Q1的输入端连接，第三电容C3的容值过小会导致舵机上电电路的上电瞬间的电流过大，而第三电容C3的容值过大则会导致舵机的开机时间变长而影响舵机***的使用，第三电容C3的容值为1.8μF～3.0μF，优选地，第三电容C3的容值为2.2μF，调节模块14用于控制第二开关管Q2的缓慢开启，避免因为第二开关管Q2的快速打开，瞬间出现的大电流拉低输出电压，降低了第二开关管Q2由于瞬间出现的大电流而被损坏的风险。

请参阅图3，当开关控制信号为高电平时，驱动模块13输出高电平的驱动信号VCC_FOOT，从而驱动舵机开启，驱动信号VCC_FOOT的电压值上升过程平滑，上升时间约为34ms。

下面结合图1和图3来说明本实用新型实施例舵机上电电路的工作原理：

当开关控制信号为高电平时，第一电容C1充电，当第一电容C1的第二端的电压值达到第一开关管Q1(N沟道场效应管)的导通电压时，第一开关管Q1(N沟道场效应管)导通，第一开关管(N沟道场效应管)的输入端电压(漏极电压)被拉低，开关模块11输出第一开关信号，第一开关信号为低电平，此时，第三电容C3开始放电，放电时间与第三电容C3的容值大小有关，优选地，第三电容的容值为2.2μF，第三电容C3的第二端的电压值随着放电过程的发生而逐渐降低，当放电过程结束，则第三电容C3的第二端输出低电平至第二开关管Q2(P沟道场效应管)的控制端(栅极)，使得连接电源模块11和舵机的第二开关管Q2缓慢开启，驱动模块13输出高电平的驱动信号VCC_FOOT，驱动信号VCC_FOOT的电压值上升过程平滑，驱动信号VCC_FOOT驱动舵机开启。

本实用新型还公开了一种机器人，机器人包括舵机以及上述的舵机上电电路。

上述的舵机上电电路，开关模块11接收舵机开关控制信号并输出第一开关信号，驱动模块13接收第一开关信号并输出驱动信号以驱动舵机开启或关闭，调节模块14对第一开关信号进行调节以使驱动信号的电压值在舵机开启时平滑上升，从而优化电源上电的平滑度。本实用新型解决了舵机上电电路存在的上电瞬间电流过大的问题，避免了上电瞬间的大电流导致的舵机驱动电压被拉低的问题，降低了舵机上电电路中开关元件被损坏的风险。

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

Claims (10)

1.一种舵机上电电路，连接在直流电源与舵机之间，其特征在于，包括：

用于接收开关控制信号并根据所述开关控制信号输出第一开关信号的开关模块；

用于接入所述直流电源的电源模块；

与所述电源模块和所述舵机连接，用于接收所述第一开关信号并输出驱动信号以使所述舵机开启/关闭的驱动模块；以及

与所述开关模块、所述电源模块和所述驱动模块连接，用于对所述第一开关信号进行调节以使所述驱动信号的电压值在所述舵机开启时平滑上升的调节模块。

2.如权利要求1所述的舵机上电电路，其特征在于，所述驱动信号为电压驱动信号。

3.如权利要求1所述的舵机上电电路，其特征在于，所述开关模块包括：第一电阻、第二电阻、第一电容和第一开关管；

所述第一电阻的第一端用于接收所述开关控制信号，所述第一电阻的第二端与所述第一开关管的控制端连接，所述第二电阻和所述第一电容并联在所述第一开关管的控制端与地之间，所述第一开关管的输入端输出所述第一开关信号，所述第一开关管的输出端接地。

4.如权利要求3所述的舵机上电电路，其特征在于，所述第一开关管为N沟道场效应管，所述N沟道场效应管的栅极、漏极和源极分别对应为所述第一开关管的控制端、输入端和输出端。

5.如权利要求1所述的舵机上电电路，其特征在于，所述电源模块包括第二电容，所述第二电容的第一端与所述直流电源连接，所述第二电容的第二端接地。

6.如权利要求1所述的舵机上电电路，其特征在于，所述驱动模块包括第二开关管，所述第二开关管的控制端接收所述第一开关信号，所述第二开关管的输入端与所述电源模块连接，所述第二开关管的输出端与所述舵机连接。

7.如权利要求6所述的舵机上电电路，其特征在于，所述第二开关管为P沟道场效应管，所述P沟道场效应管的栅极、漏极和源极分别对应为所述第二开关管的控制端、输入端和输出端。

8.如权利要求1所述的舵机上电电路，其特征在于，所述调节模块包括：第三电阻、第四电阻和第三电容；

所述第三电阻的第一端与所述开关模块连接，所述第三电阻的第二端与所述驱动模块连接，所述第四电阻和所述第三电容并联在所述第三电阻的第二端和所述电源模块之间。

9.如权利要求8所述的舵机上电电路，其特征在于，所述第三电容的容值为1.8～3.0μF。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括舵机以及权利要求1～9任一项所述的舵机上电电路。