一種數字舵機的製作方法

2023-04-23 05:33:36 1

本實用新型涉及機器人應用技術領域，具體涉及一種數字舵機。

背景技術：

舵機具有體型小、重量輕、扭矩大和精度高等特點，作為驅動廣泛地應用在遙控模型和機器人領域。按照信號處理不同分為模擬舵機和數字舵機，傳統的模擬舵機是將輸入的控制信號PWM由解調電路解調獲得一個偏置電壓，該偏置電壓與電位器電壓的電壓差通過驅動電路驅動電機轉動，通過齒輪組速，直到電壓差為零時，電機停止轉動，期間，需要不停地發送PWM信號才能使電機保持某一轉速轉動；但是數字舵機只需要發送一次PWM信號即可讓電機在設定轉速下持續轉動。

數字舵機相比於模擬舵機，設置的微處理器可以滿足不同的功能要求，一定程度地優化舵機性能，同時由於馬達的輸入脈衝頻率更高，使得數字舵機可以提供的精度更準確。但是現有的數字舵機仍存在諸多缺陷需要解決，例如：工作模式單一，只能選擇0-180度、0-270度和360度連續旋轉其中一種工作模式，如果系統需要多種模式的舵機，必須選購三種類型的舵機，不僅使用不方便，而且成本太高；不能把當前信息實時反饋到控制端，使得控制精度低，可靠性差。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本實用新型提供了一種數字舵機，該數字舵機可以實現多種工作模式的轉換，提高了控制精度，降低成本；同時採用異步串行總線與上位機進行通訊，簡化了上位機的控線數量，降低了上位機的負擔。

一種數字舵機，包括直流電機、減速裝置以及動力輸出裝置，直流電機由控制模塊控制，該控制模塊中設置有控制器，控制器的輸入端連接有溫度傳感器、通訊模塊以及電位器，輸出端連接有驅動電路；驅動電路的輸出端和直流電機連接；減速裝置的輸入端連接在直流電機的輸出軸上；減速裝置的輸出端與動力輸出裝置相連，電位器安裝在所述減速裝置上；通訊模塊用於接收上位機的控制信號，並將該控制信號傳輸到所述控制器；溫度傳感器用於檢測當前運行溫度信息並反饋到控制器；電位器用於檢測直流電機的轉動角度信息反饋到控制器。

本實用新型提供的數字舵機中，溫度傳感器可以檢測該數字舵機當前的運行溫度信息，並及時反饋到控制器，為控制器的響應提供參數；控制器和上位機之間通過異步串行總線進行通訊連接，通訊模塊可以接收上位機的控制號，再將控制信號傳輸到控制器；電位器可以檢測直流電機的轉動角度信息，並將信息反饋到控制器，控制器根據反饋的溫度信息、直流電機的轉動角度信息以及上位機的控制信號可以調整該數字舵機的工作模式；可以切換的工作模分別有0-180度、0-270度、360度。

可選地，上述數字舵機中，控制器與上位機通過異步串行總線進行通訊連接，用於接收上位機的控制信號。

上述數字舵機的控制器和上位機之間採用異步串行總線進行的方式進通訊連接，可以同時串聯254個舵機，而且每個舵機之間是可以獨立工作並且不受幹擾的；通過總線將所有信息發送到舵機，通過對應的ID匹配，獲取匹配的ID數據，從而實現獨立控制。

可選地，上述數字舵機中，控制器包括主控晶片，該主控晶片採用晶片STM8S003F3。

單片機STM8S003F3可以簡化電路，並且具有8K FLASH空間，可以用於存儲相關參數，成本低，適合作為舵機內部控制器。

可選地，上述數字舵機中，驅動電路包括第一集成晶片IRF7389，第二集成晶片IRF7389，用於驅動所述直流電機轉動。

可選地，上述數字舵機中，直流電機的供電電壓為5-12V。

可選地，上述數字舵機中，驅動電路還包括三極體Q2、三極體Q4、三極體Q6、三極體Q1、三極體Q3、三極體Q5；三極體Q4的集電極與第一集成晶片IRF7389的G1管腳連接，三極體Q6集電極與第一集成晶片IRF7389的G2管腳連接，三極體Q4的基極與三極體Q6基極並聯後與三極體Q2的集電極連接，三極體Q2的基極與主控晶片STM8S003F3的時鐘輸出埠連接；三極體Q3的集電極與第二集成晶片IRF7389的G1管腳連接，三極體Q1的集電極與第二集成晶片IRF7389的G2管腳連接，三極體Q1的基極與三極體Q3基極並聯後與三極體Q5的集電極連接，三極體Q5的基極與主控晶片STM8S003F3的定時器3通道埠連接。

可選地，上述數字舵機中，還包括一顆LED燈，該LED燈與所述主控晶片連接，用於顯示該數字舵機的運行狀態。

本實用新型的有益效果：本實用新型提供的數字舵機，包括直流電機、減速裝置以及動力輸出裝置，直流電機由控制模塊控制，該控制模塊中設置有控制器，控制器的輸入端連接有溫度傳感器、通訊模塊以及電位器，輸出端連接有驅動電路；驅動電路的輸出端和直流電機連接；減速裝置的輸入端連接在直流電機的輸出軸上；減速裝置的輸出端與動力輸出裝置相連，電位器安裝在所述減速裝置上；通訊模塊用於接收上位機的控制信號，並將該控制信號傳輸到所述控制器；溫度傳感器用於檢測當前運行溫度信息並反饋到控制器；電位器用於檢測直流電機的轉動角度信息反饋到控制器。控制器根據反饋的溫度信息、直流電機的轉動角度信息以及上位機的控制信號可以調整該數字舵機的工作模式，實現多種工作模式的轉換，提高了控制精度，降低成本；同時採用異步串行總線與上位機進行通訊，簡化了上位機的控線數量，降低了上位機的負擔，可以同時串聯254個舵機，實現每個舵機之間的獨立工作且不受幹擾。

附圖說明

圖1為本實用新型數字舵機的結構示意圖；

圖2為本實用新型數字舵機的控制模塊示意圖；

圖3為本實用新型數字舵機的驅動電路電路圖。

附圖標記：

1-數字舵機接口；2-控制模塊；3-直流電機；4-減速裝置；5-輸出裝置；6-限位裝置

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本發明的保護範圍。

實施例：

參照圖1，本實用新型提供的數字舵機包括數字舵機接口1、控制模塊2、直流電機3、減速裝置4、輸出裝置5、限位裝置6；控制模塊2的驅動電路輸出端和直流電機3連接，直流電機3的輸出軸配接有減速裝置4，減速裝置4與輸出裝置5連接，控制模塊2還與一限位裝置6連接。

參照圖2，本實用新型數字舵機的控制模塊包括控制器、溫度傳感器、通訊模塊、電位器、驅動電路、保護電路；該控制器的輸入端分別與溫度傳感器、通訊模塊以及電位器連接，輸出端分別與驅動電路、保護電路連接；驅動電路的輸出端和直流電機連接；電位器安裝在減速裝置上；控制器與上位機通過異步串行總線進行通訊連接，通訊模塊用於接收上位機的控制信號，並將該控制信號傳輸到控制器；控制器包括主控晶片，該主控晶片採用晶片STM8S003F3；溫度傳感器用於將當前運行溫度信息反饋到控制器；電位器用於精確檢測直流電機的轉動角度信息，並將信息反饋到控制器；保護電路用於檢測直流電機的驅動電流是否超過預設值，輸入電壓是否超過預設電壓，並將檢測信息反饋到控制器；直流電機的供電電壓為10V；在主控晶片STM8S003F3上還連接有一顆LED燈，用於顯示該數字舵機的運行狀態。

參照圖3，為圖2中的驅動電路，該驅動電路包括三極體Q2、三極體Q4、三極體Q6、三極體Q1、三極體Q3、三極體Q5；三極體Q4的集電極與第一集成晶片IRF7389的G1管腳連接，三極體Q6集電極與第一集成晶片IRF7389的G2管腳連接，三極體Q4的基極與三極體Q6基極並聯後與三極體Q2的集電極連接，三極體Q2的基極與主控晶片STM8S003F3的時鐘輸出埠連接；三極體Q3的集電極與第二集成晶片IRF7389的G1管腳連接，三極體Q1的集電極與第二集成晶片IRF7389的G2管腳連接，三極體Q1的基極與三極體Q3基極並聯後與三極體Q5的集電極連接，三極體Q5的基極與主控晶片STM8S003F3的定時器3通道埠連接；三極體Q1和Q6為PNP型三極體，採用的型號為MMBT2907，三極體Q2、Q3、Q4和Q5為NPN型三極體，採用的型號為MMBT2222A；Q2的基極連接有電阻R6，Q4的基極連接有電阻R11，Q6的基極連接有電阻R16，Q1的基極連接有電阻R5，Q3的基極連接有電阻R10，Q5的基極連接有電阻R15；直流電機M連接在第一集成晶片IRF7389和第二集成晶片IRF7389的輸出端之間。

在具體實施過程中，上位機將控制信號通過異步串行總線的方式傳輸到通訊模塊，通訊模塊接收控制信號之後將其傳輸到控制器；溫度傳感器檢測該數字舵機的當前運行溫度信息反饋到控制器；電位器檢測直流電機的轉動角度信息，並將信息反饋到控制器；控制器根據反饋的溫度信息、直流電機的轉動角度信息以及上位機的控制信號將控制指令傳輸到驅動電路；驅動電路的輸出端連接直流電機，直流電機按照指定轉速旋轉；減速裝置將直流電機的高轉速、低扭矩輸出轉化為低轉速、高扭矩輸出；輸出機構將低轉速、高扭矩輸出到數字舵機；通過以上工作流程，可以實現該數字舵機工作模式的切換，分別有0-180度、0-270度、360度，而且鎖位準確，無抖動，無過衝，在舵機使用過程中，大大提高調試效率；該數字舵機響應快，杜絕了「無反應區」的情況出現；同時激勵脈衝頻率高，反應快，加速和減速更迅速、更柔和，能提高精確度和穩定性；減速裝置的高精度，可將直流電機輸出扭矩增加200-300倍。

在本申請的描述中，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。

本實用新型的說明書中，說明了大量具體細節。然而，能夠理解，本實用新型的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，並未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。

最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求和說明書的範圍當中。