数字舵机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种数字舵机，其包括一传输模块以及一PID控制模块，该传输模块用于将一控制数据包传输至该PID控制模块，该PID控制模块用于对该控制数据包进行解析并将该控制数据包转换为一PWM信号，还用于基于该PWM信号对该数字舵机进行PID控制，以控制该数字舵机的输出。本实用新型专利技术能够对数字舵机的输出位置、速度以及输出力矩进行闭环控制，使得数字舵机具有更高的控制精度，并且能够实现更复杂的运动控制。而通过RS485串行总线进行通讯，减少了接到的上位机的控制线数量，这样能实现的控制点数更多，通讯的可靠性也更高，并且不需要占用很多的上位机的资源，大大减少了上位机的负担。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及ー种数字舵机，特别涉及一种采用PID控制来对舵机的输出位置、速度以及输出力矩进行闭环控制的数字舵机。
技术介绍
舵机是ー种位置伺服的驱动器，主要由外壳、电路板、马达、齿轮等部件构成，由于体积小、输出力矩大、集成度高而广泛地应用在遥控模型和机器人领域。传统的舵机是通过PWM (脉冲宽度调制)波来控制的，工作原理为PWM信号由接收通道进入信号解调电路进行解调，获得ー个直流偏置电压。将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差并 输出到电机驱动电路，以驱动电机转动，通过多级减速齿轮带动电位器转动，直到电压差为零，电机停止转动。其中PWM信号为舵机的控制信号，通过PWM占空比的变化来改变舵机的输出位置。而传统的舵机在应用中存在许多不足一、不能向上位机反馈信号，不能组成大闭环控制系统，也使控制的可靠性降低；ニ、控制方式和功能比较简单，不能对舵机的速度、输出力矩以及舵机的输出运动曲线进行调节，严重限制了舵机搭建高性能复杂模型和机器人；三、使用传统的舵机的数量比较多时，控制复杂，占用上位机很多资源，上位机负担大；四、传统的舵机大都采用集中式控制，舵机数量比较多时特别是机器人应用中(使用的舵机有十几个甚至二十多个)控制点数比较多，引出的线很多，布线繁多使得线不好布置以及线之间的信号干扰都是比较难解决的问题；五、没有对温度、负载、电压等的保护，导致舵机在使用过程中经常会损坏。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中舵机不能进行闭环控制也不能对舵机的速度、输出力矩以及舵机的输出运动曲线进行调节，导致舵机的控制的可靠性降低以及无法搭建高性能复杂模型和机器人的缺陷，提供一种采用PID控制(比例-积分-微分控制，一种闭环控制方式)来对舵机的输出位置、速度以及输出力矩进行闭环控制的数字舵机。本技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的本技术提供了ー种数字舵机，其特点在于，该数字舵机包括一传输模块以及一 PID控制模块，该传输模块用于将ー控制数据包传输至该PID控制模块，该PID控制模块用于对该控制数据包进行解析并将该控制数据包转换为ー PWM信号，还用于基于该PWM信号对该数字舵机进行PID控制，以控制该数字舵机的输出。该PID控制模块转换出的该PWM信号能够控制该数字舵机的输出，并且该控制数据包的控制数据中包括用户设置的PID參数，而利用PID參数并结合该数字舵机实时的输出，该PID控制模块就能够对该数字舵机进行PID控制，使得该数字舵机最終能够产生用户设定的输出。较佳地，该数字舵机的输出包括该数字舵机的输出位置、该数字舵机的速度以及该数字舵机的输出力矩，从而使得本技术的数字舵机具有更高的控制精度，使得该数字舵机能够实现更复杂的运动控制。较佳地,该PID控制模块包括ー微控制芯片、一电平转换电路、一 H桥驱动电路(直流电机控制电路)、一电流检测电路、ー旋转角度传感器、一减速齿轮组以及一电机；该微控制芯片用于基于该PWM信号依次通过该电平转换电路及该H桥驱动电路来控制该电机的转动，该电机通过该减速齿轮组与该旋转角度传感器相连接，该旋转角度传感器用于检测该数字舵机的输出位置及该数字舵机的速度，并将该输出位置及该速度传输至该微控制芯片，该电流检测电路用于通过该H桥驱动电路检测该电机的电流、基于该电流计算出该数字舵机的输出力矩并将该输出力矩传输至该微控制芯片，该微控制芯片在接收到该输出位置、该速度以及该输出力矩后，对该数字舵机进行PID控制。 其中，该电机的输出轴与该减速齿轮组相连接，而该减速齿轮组的输出轴与该旋转角度传感器相连接。而通过该旋转角度传感器检测当前的该输出位置以及通过一定时间内转过的角度来计算当前的该速度，以及基于该电流计算出当前的该输出力矩都是本领域公知的技术，在此就不在赘述。较佳地，该传输模块用于通过RS485 (—种串行通讯标准)总线将该控制数据包传输至该微控制芯片。这样，该传输模块利用该RS485串行总线来进行通讯，就能够组成分布式控制系统，大大減少了接到的上位机的控制线数量，相对于传统的舵机，能实现的控制点数更多，通讯的可靠性也更高，并且不需要占用很多的上位机的资源，大大減少了上位机的负担。较佳地，该数字舵机还包括一热敏电阻以及一分压电阻网络，该热敏电阻及该分压电阻网络均与该微控制芯片相连接，该微控制芯片用于分别通过该热敏电阻与该分压电阻网络测量该电机的温度与该数字舵机的输入电压。较佳地，该数字舵机还包括一与该微控制芯片相连接的LED (发光二极管)状态指示灯，用于指示该数字舵机的上电启动状态及该数字舵机运行是否正常。其中，该数字舵机的运行是否正常也包括该数字舵机与上位机以及该数字舵机各个部分之间的通讯是否正常。通过该LED状态指示灯实时地向用户指示该数字舵机的当前状态，使得用户能够实时地了解该数字舵机的当前状态，并且当该数字舵机的输入电压、电机的温度以及负载超过用户的设定值时，会及时地对该数字舵机进行保护，如可以把加载在电机两端的电压输出为零，这样，就可以有效地防止该数字舵机内部电机和控制电路板等核心器件的损坏，对该数字舵机起到了很好的保护作用。本技术的积极进步效果在于本技术能够采用PID控制来对数字舵机的输出位置、速度以及输出力矩进行闭环控制，从而使得数字舵机具有更高的控制精度，并且能够实现更复杂的运动控制。而通过RS485串行总线进行通讯，就能够组成分布式控制系统，大大減少了接到的上位机的控制线数量，这样能实现的控制点数更多，通讯的可靠性也更高，并且不需要占用很多的上位机的资源，大大減少了上位机的负担。附图说明图I为本技术的一较佳实施例的数字舵机的结构示意图。图2为本技术的一较佳实施例的数字舵机中PID控制模块的结构示意图。图3为本技术的一较佳实施例的数字舵机的硬件结构图。具体实施方式以下结合附图给出本技术较佳实施例，以详细说明本技术的技术方案。如图I所示，本技术的数字舵机包括ー传输模块I以及ー PID控制模块2。參见图2，在具体实施过程中，该PID控制模块2具体可以包括ー微控制芯片21、 一电平转换电路22、一 H桥驱动电路23 (直流电机控制电路)、一电流检测电路24、ー旋转角度传感器25、ー减速齿轮组26以及ー电机27。而该传输模块I (可采用SP3485芯片)可以利用RS485串行总线从一上位机中接收ー控制数据包，接着就利用RS485串行总线将该控制数据包传输至该微控制芯片21，其中，该控制数据包中一般存储有用户提前设定的该数字舵机的输出位置、该数字舵机的速度以及该数字舵机的输出力矩以及ー些PID參数等。该微控制芯片21 (可采用LPC1111芯片)通过RS485总线接收到该控制数据包后，就会对该控制数据包进行解析并结合该数字舵机的实时输出以及PID參数将其转换为对应的PWM信号，该PID控制模块2就能够对该数字舵机进行PID控制，从而使得该数字舵机最終能够产生用户设定的输出，也即用户提前设定的该数字舵机的输出位置、该数字舵机的速度以及该数字舵机的输出力矩。在具体实现时，该微控制芯片21会基于该PWM信号依次通过该电平转换电路22及该H桥驱动电路23来控制该电机的转动，该电机27通过该减速齿轮组26本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字舵机，其特征在于，其包括一传输模块以及一PID控制模块，该传输模块用于将一控制数据包传输至该PID控制模块，该PID控制模块用于对该控制数据包进行解析并将该控制数据包转换为一PWM信号，还用于基于该PWM信号对该数字舵机进行PID控制，以控制该数字舵机的输出。

【技术特征摘要】
1.一种数字舵机，其特征在于，其包括一传输模块以及一 PID控制模块，该传输模块用于将一控制数据包传输至该PID控制模块，该PID控制模块用于对该控制数据包进行解析并将该控制数据包转换为一 PWM信号，还用于基于该PWM信号对该数字舵机进行PID控制，以控制该数字舵机的输出。2.如权利要求I所述的数字舵机，其特征在于，该数字舵机的输出包括该数字舵机的输出位置、该数字舵机的速度以及该数字舵机的输出力矩。3.如权利要求2所述的数字舵机，其特征在于，该PID控制模块包括一微控制芯片、一电平转换电路、一 H桥驱动电路、一电流检测电路、一旋转角度传感器、一减速齿轮组以及一电机; 该微控制芯片用于基于该PWM信号依次通过该电平转换电路及该H桥驱动电路来控制该电机的转动，该电机通过该减速齿轮组与该旋转角度传感器相连接，该旋转角度传感器用于检测该数字舵机的输出位置及该数字舵机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞作伟，郑精辉，
申请(专利权)人：上海未来伙伴机器人有限公司，
类型：实用新型
国别省市：