數(shù)字舵機(jī)制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了一種數(shù)字舵機(jī)，其包括一傳輸模塊以及一PID控制模塊，該傳輸模塊用于將一控制數(shù)據(jù)包傳輸至該P(yáng)ID控制模塊，該P(yáng)ID控制模塊用于對(duì)該控制數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析并將該控制數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為一PWM信號(hào)，還用于基于該P(yáng)WM信號(hào)對(duì)該數(shù)字舵機(jī)進(jìn)行PID控制，以控制該數(shù)字舵機(jī)的輸出。本實(shí)用新型專利技術(shù)能夠?qū)?shù)字舵機(jī)的輸出位置、速度以及輸出力矩進(jìn)行閉環(huán)控制，使得數(shù)字舵機(jī)具有更高的控制精度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。而通過RS485串行總線進(jìn)行通訊，減少了接到的上位機(jī)的控制線數(shù)量，這樣能實(shí)現(xiàn)的控制點(diǎn)數(shù)更多，通訊的可靠性也更高，并且不需要占用很多的上位機(jī)的資源，大大減少了上位機(jī)的負(fù)擔(dān)。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及ー種數(shù)字舵機(jī)，特別涉及一種采用PID控制來(lái)對(duì)舵機(jī)的輸出位置、速度以及輸出力矩進(jìn)行閉環(huán)控制的數(shù)字舵機(jī)。
技術(shù)介紹
舵機(jī)是ー種位置伺服的驅(qū)動(dòng)器，主要由外殼、電路板、馬達(dá)、齒輪等部件構(gòu)成，由于體積小、輸出力矩大、集成度高而廣泛地應(yīng)用在遙控模型和機(jī)器人領(lǐng)域。傳統(tǒng)的舵機(jī)是通過PWM (脈沖寬度調(diào)制)波來(lái)控制的，工作原理為PWM信號(hào)由接收通道進(jìn)入信號(hào)解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，獲得ー個(gè)直流偏置電壓。將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差并 輸出到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過多級(jí)減速齒輪帶動(dòng)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)，直到電壓差為零，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。其中PWM信號(hào)為舵機(jī)的控制信號(hào)，通過PWM占空比的變化來(lái)改變舵機(jī)的輸出位置。而傳統(tǒng)的舵機(jī)在應(yīng)用中存在許多不足一、不能向上位機(jī)反饋信號(hào)，不能組成大閉環(huán)控制系統(tǒng)，也使控制的可靠性降低；ニ、控制方式和功能比較簡(jiǎn)單，不能對(duì)舵機(jī)的速度、輸出力矩以及舵機(jī)的輸出運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)，嚴(yán)重限制了舵機(jī)搭建高性能復(fù)雜模型和機(jī)器人；三、使用傳統(tǒng)的舵機(jī)的數(shù)量比較多時(shí)，控制復(fù)雜，占用上位機(jī)很多資源，上位機(jī)負(fù)擔(dān)大；四、傳統(tǒng)的舵機(jī)大都采用集中式控制，舵機(jī)數(shù)量比較多時(shí)特別是機(jī)器人應(yīng)用中(使用的舵機(jī)有十幾個(gè)甚至二十多個(gè))控制點(diǎn)數(shù)比較多，引出的線很多，布線繁多使得線不好布置以及線之間的信號(hào)干擾都是比較難解決的問題；五、沒有對(duì)溫度、負(fù)載、電壓等的保護(hù)，導(dǎo)致舵機(jī)在使用過程中經(jīng)常會(huì)損壞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中舵機(jī)不能進(jìn)行閉環(huán)控制也不能對(duì)舵機(jī)的速度、輸出力矩以及舵機(jī)的輸出運(yùn)動(dòng)曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致舵機(jī)的控制的可靠性降低以及無(wú)法搭建高性能復(fù)雜模型和機(jī)器人的缺陷，提供一種采用PID控制(比例-積分-微分控制，一種閉環(huán)控制方式)來(lái)對(duì)舵機(jī)的輸出位置、速度以及輸出力矩進(jìn)行閉環(huán)控制的數(shù)字舵機(jī)。本技術(shù)是通過下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問題的本技術(shù)提供了ー種數(shù)字舵機(jī)，其特點(diǎn)在于，該數(shù)字舵機(jī)包括一傳輸模塊以及一 PID控制模塊，該傳輸模塊用于將ー控制數(shù)據(jù)包傳輸至該P(yáng)ID控制模塊，該P(yáng)ID控制模塊用于對(duì)該控制數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析并將該控制數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為ー PWM信號(hào)，還用于基于該P(yáng)WM信號(hào)對(duì)該數(shù)字舵機(jī)進(jìn)行PID控制，以控制該數(shù)字舵機(jī)的輸出。該P(yáng)ID控制模塊轉(zhuǎn)換出的該P(yáng)WM信號(hào)能夠控制該數(shù)字舵機(jī)的輸出，并且該控制數(shù)據(jù)包的控制數(shù)據(jù)中包括用戶設(shè)置的PID參數(shù)，而利用PID參數(shù)并結(jié)合該數(shù)字舵機(jī)實(shí)時(shí)的輸出，該P(yáng)ID控制模塊就能夠?qū)υ摂?shù)字舵機(jī)進(jìn)行PID控制，使得該數(shù)字舵機(jī)最終能夠產(chǎn)生用戶設(shè)定的輸出。較佳地，該數(shù)字舵機(jī)的輸出包括該數(shù)字舵機(jī)的輸出位置、該數(shù)字舵機(jī)的速度以及該數(shù)字舵機(jī)的輸出力矩，從而使得本技術(shù)的數(shù)字舵機(jī)具有更高的控制精度，使得該數(shù)字舵機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。較佳地,該P(yáng)ID控制模塊包括ー微控制芯片、一電平轉(zhuǎn)換電路、一 H橋驅(qū)動(dòng)電路(直流電機(jī)控制電路)、一電流檢測(cè)電路、ー旋轉(zhuǎn)角度傳感器、一減速齒輪組以及一電機(jī)；該微控制芯片用于基于該P(yáng)WM信號(hào)依次通過該電平轉(zhuǎn)換電路及該H橋驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制該電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，該電機(jī)通過該減速齒輪組與該旋轉(zhuǎn)角度傳感器相連接，該旋轉(zhuǎn)角度傳感器用于檢測(cè)該數(shù)字舵機(jī)的輸出位置及該數(shù)字舵機(jī)的速度，并將該輸出位置及該速度傳輸至該微控制芯片，該電流檢測(cè)電路用于通過該H橋驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)該電機(jī)的電流、基于該電流計(jì)算出該數(shù)字舵機(jī)的輸出力矩并將該輸出力矩傳輸至該微控制芯片，該微控制芯片在接收到該輸出位置、該速度以及該輸出力矩后，對(duì)該數(shù)字舵機(jī)進(jìn)行PID控制。 其中，該電機(jī)的輸出軸與該減速齒輪組相連接，而該減速齒輪組的輸出軸與該旋轉(zhuǎn)角度傳感器相連接。而通過該旋轉(zhuǎn)角度傳感器檢測(cè)當(dāng)前的該輸出位置以及通過一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度來(lái)計(jì)算當(dāng)前的該速度，以及基于該電流計(jì)算出當(dāng)前的該輸出力矩都是本領(lǐng)域公知的技術(shù)，在此就不在贅述。較佳地，該傳輸模塊用于通過RS485 (—種串行通訊標(biāo)準(zhǔn))總線將該控制數(shù)據(jù)包傳輸至該微控制芯片。這樣，該傳輸模塊利用該RS485串行總線來(lái)進(jìn)行通訊，就能夠組成分布式控制系統(tǒng)，大大減少了接到的上位機(jī)的控制線數(shù)量，相對(duì)于傳統(tǒng)的舵機(jī)，能實(shí)現(xiàn)的控制點(diǎn)數(shù)更多，通訊的可靠性也更高，并且不需要占用很多的上位機(jī)的資源，大大減少了上位機(jī)的負(fù)擔(dān)。較佳地，該數(shù)字舵機(jī)還包括一熱敏電阻以及一分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，該熱敏電阻及該分壓電阻網(wǎng)絡(luò)均與該微控制芯片相連接，該微控制芯片用于分別通過該熱敏電阻與該分壓電阻網(wǎng)絡(luò)測(cè)量該電機(jī)的溫度與該數(shù)字舵機(jī)的輸入電壓。較佳地，該數(shù)字舵機(jī)還包括一與該微控制芯片相連接的LED (發(fā)光二極管)狀態(tài)指示燈，用于指示該數(shù)字舵機(jī)的上電啟動(dòng)狀態(tài)及該數(shù)字舵機(jī)運(yùn)行是否正常。其中，該數(shù)字舵機(jī)的運(yùn)行是否正常也包括該數(shù)字舵機(jī)與上位機(jī)以及該數(shù)字舵機(jī)各個(gè)部分之間的通訊是否正常。通過該LED狀態(tài)指示燈實(shí)時(shí)地向用戶指示該數(shù)字舵機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)，使得用戶能夠?qū)崟r(shí)地了解該數(shù)字舵機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)，并且當(dāng)該數(shù)字舵機(jī)的輸入電壓、電機(jī)的溫度以及負(fù)載超過用戶的設(shè)定值時(shí)，會(huì)及時(shí)地對(duì)該數(shù)字舵機(jī)進(jìn)行保護(hù)，如可以把加載在電機(jī)兩端的電壓輸出為零，這樣，就可以有效地防止該數(shù)字舵機(jī)內(nèi)部電機(jī)和控制電路板等核心器件的損壞，對(duì)該數(shù)字舵機(jī)起到了很好的保護(hù)作用。本技術(shù)的積極進(jìn)步效果在于本技術(shù)能夠采用PID控制來(lái)對(duì)數(shù)字舵機(jī)的輸出位置、速度以及輸出力矩進(jìn)行閉環(huán)控制，從而使得數(shù)字舵機(jī)具有更高的控制精度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制。而通過RS485串行總線進(jìn)行通訊，就能夠組成分布式控制系統(tǒng)，大大減少了接到的上位機(jī)的控制線數(shù)量，這樣能實(shí)現(xiàn)的控制點(diǎn)數(shù)更多，通訊的可靠性也更高，并且不需要占用很多的上位機(jī)的資源，大大減少了上位機(jī)的負(fù)擔(dān)。附圖說(shuō)明圖I為本技術(shù)的一較佳實(shí)施例的數(shù)字舵機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本技術(shù)的一較佳實(shí)施例的數(shù)字舵機(jī)中PID控制模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本技術(shù)的一較佳實(shí)施例的數(shù)字舵機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖給出本技術(shù)較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本技術(shù)的技術(shù)方案。如圖I所示，本技術(shù)的數(shù)字舵機(jī)包括ー傳輸模塊I以及ー PID控制模塊2。參見圖2，在具體實(shí)施過程中，該P(yáng)ID控制模塊2具體可以包括ー微控制芯片21、 一電平轉(zhuǎn)換電路22、一 H橋驅(qū)動(dòng)電路23 (直流電機(jī)控制電路)、一電流檢測(cè)電路24、ー旋轉(zhuǎn)角度傳感器25、ー減速齒輪組26以及ー電機(jī)27。而該傳輸模塊I (可采用SP3485芯片)可以利用RS485串行總線從一上位機(jī)中接收ー控制數(shù)據(jù)包，接著就利用RS485串行總線將該控制數(shù)據(jù)包傳輸至該微控制芯片21，其中，該控制數(shù)據(jù)包中一般存儲(chǔ)有用戶提前設(shè)定的該數(shù)字舵機(jī)的輸出位置、該數(shù)字舵機(jī)的速度以及該數(shù)字舵機(jī)的輸出力矩以及ー些PID參數(shù)等。該微控制芯片21 (可采用LPC1111芯片)通過RS485總線接收到該控制數(shù)據(jù)包后，就會(huì)對(duì)該控制數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析并結(jié)合該數(shù)字舵機(jī)的實(shí)時(shí)輸出以及PID參數(shù)將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)，該P(yáng)ID控制模塊2就能夠?qū)υ摂?shù)字舵機(jī)進(jìn)行PID控制，從而使得該數(shù)字舵機(jī)最終能夠產(chǎn)生用戶設(shè)定的輸出，也即用戶提前設(shè)定的該數(shù)字舵機(jī)的輸出位置、該數(shù)字舵機(jī)的速度以及該數(shù)字舵機(jī)的輸出力矩。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，該微控制芯片21會(huì)基于該P(yáng)WM信號(hào)依次通過該電平轉(zhuǎn)換電路22及該H橋驅(qū)動(dòng)電路23來(lái)控制該電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，該電機(jī)27通過該減速齒輪組26本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種數(shù)字舵機(jī)，其特征在于，其包括一傳輸模塊以及一PID控制模塊，該傳輸模塊用于將一控制數(shù)據(jù)包傳輸至該P(yáng)ID控制模塊，該P(yáng)ID控制模塊用于對(duì)該控制數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析并將該控制數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為一PWM信號(hào)，還用于基于該P(yáng)WM信號(hào)對(duì)該數(shù)字舵機(jī)進(jìn)行PID控制，以控制該數(shù)字舵機(jī)的輸出。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種數(shù)字舵機(jī)，其特征在于，其包括一傳輸模塊以及一 PID控制模塊，該傳輸模塊用于將一控制數(shù)據(jù)包傳輸至該P(yáng)ID控制模塊，該P(yáng)ID控制模塊用于對(duì)該控制數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析并將該控制數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為一 PWM信號(hào)，還用于基于該P(yáng)WM信號(hào)對(duì)該數(shù)字舵機(jī)進(jìn)行PID控制，以控制該數(shù)字舵機(jī)的輸出。2.如權(quán)利要求I所述的數(shù)字舵機(jī)，其特征在于，該數(shù)字舵機(jī)的輸出包括該數(shù)字舵機(jī)的輸出位置、該數(shù)字舵機(jī)的速度以及該數(shù)字舵機(jī)的輸出力矩。3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)字舵機(jī)，其特征在于，該P(yáng)ID控制模塊包括一微控制芯片、一電平轉(zhuǎn)換電路、一 H橋驅(qū)動(dòng)電路、一電流檢測(cè)電路、一旋轉(zhuǎn)角度傳感器、一減速齒輪組以及一電機(jī); 該微控制芯片用于基于該P(yáng)WM信號(hào)依次通過該電平轉(zhuǎn)換電路及該H橋驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制該電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，該電機(jī)通過該減速齒輪組與該旋轉(zhuǎn)角度傳感器相連接，該旋轉(zhuǎn)角度傳感器用于檢測(cè)該數(shù)字舵機(jī)的輸出位置及該數(shù)字舵機(jī)的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：龐作偉，鄭精輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海未來(lái)伙伴機(jī)器人有限公司，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：