CN101256423A

CN101256423A - 一种基于can总线通讯的智能型电动舵机

Info

Publication number: CN101256423A
Application number: CNA2008101034921A
Authority: CN
Inventors: 蒋传彪; 余跃庆; 许东来
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2008-09-03

Abstract

本发明涉及一种基于CAN总线通讯的智能型电动舵机，属于飞机模型与人形机器人的控制技术领域。包括有依次连接的信号解调电路、电机驱动集成电路和直流电机，直流电机的输出轴与减速齿轮组相连，减速齿轮组的输出轴与电位器同轴连接。还包括有微控制芯片和CAN总线驱动器。微控制芯片通过CAN总线驱动器、CAN总线与上位机相连，接收上位机的控制命令，产生PWM信号送入信号解调电路。电位器与微控制芯片26相连，微控制芯片采集电位器的位置信号，并将该信号传送给上位机。本发明体积小、可靠性高、功耗低、高智能性，适合组成分布式的控制系统，可大大降低上位控制机的控制压力，减少上位控制机的引线数目。

Description

一种基于CAN总线通讯的智能型电动舵机

技术领域

本发明涉及一种基于CAN总线通讯的智能型电动舵机，主要应用于飞机模型及人形机器人控制系统，属于飞机模型与人形机器人的控制技术领域。

背景技术

在飞机模型与人形机器人控制系统中，用PWM波信号控制的舵机是主要的动力来源，它由于体积小、输出扭矩大、集成度高而广泛的应用。舵机的结构在专利(专利号为：200620058243.1)中有详细的叙述。

为了使舵机的结构紧凑，传统舵机的结构一般由减速齿轮组、电位器、直流电机、控制模块组成。传统舵机的控制模块如图2示，由图中可以看出传统舵机的控制模块主要有：信号解调集成电路、电机驱动集成电路、电位器、直流电机组成。

传统舵机的工作原理是：PWM信号由接收通道进入信号解调电路，进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差并输出。该输出送入电机驱动集成电路，以驱动电机正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，直到电压差为零，电机停止转动。舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。

这种舵机主要存在以下一些不足之处：

1.控制方式复杂，占用上位控制机很多资源，上位机的负担大；

2.适宜组成集中式的控制系统，不宜于组成分布式的控制系统；

●随着控制点数的增加，上位机的控制压力也急剧增大，从上位机引出的线也急剧增多；

●控制线之间易产生互扰，舵机易出现抖动现象；

3.不能向上位机反馈位置信号，不能组成大闭环控制系统；

4.不是真正的数字式电动舵机，舵机输出轴的位置是通过PWM波占空比来调节的。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有舵机存在的上述不足，提供一种基于CAN总线双向通讯、能够把输出轴的位置实时进行反馈、能够产生PWM波的新型电动舵机。本发明结构紧凑、输出扭矩大、集成度高、智能性高。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本舵机包括有依次连接的信号解调电路、电机驱动集成电路和直流电机，直流电机的输出轴与减速齿轮组相连，减速齿轮组的输出轴与电位器同轴连接。还包括有微控制芯片、CAN总线驱动器和与CAN总线相连接的扩展接口。其中：

微控制芯片通过CAN总线驱动器、CAN总线与上位机相连，接收上位机的控制命令，产生PWM信号送入信号解调电路。

电位器与微控制芯片相连，微控制芯片采集电位器的位置信号，并将该信号传送给上位机。

本发明的工作原理如下：当上位控制机向舵机发送目标位置，微控制芯片通过CAN总线接收目标位置，然后产生对应的PWM信号送入信号解调电路。微控制芯片采集电位器的反馈信号，并将其传送给上位机，从而能够把输出轴的当前位置实时反馈给上位控制机。

本发明具有以下优点：

1.能够组成分布式的控制系统，点点之间共用同一信号线，接到上位控制机的控制线大大减少，不随控制点数增加而增多；

2.具有微处理芯片，能够产生PWM波形，自动调节PWM的占空比，从这点来看，能够大大减少上位机的控制压力；

3.由于本发明通过CAN总线与上位控制机进行实时双向通讯，所以能够实现实舵机的分布式控制；

4.微处理芯片内部具有AD转换器，可以把输出轴的目前位置转为数字信号，通过CAN总线传送给上位控制机，可形成闭环控制。

附图说明

图1传统舵机控制模块方框图

图2本发明的整体分布图

图3本发明的舵机控制模块的结构方框图

图4本发明的扩展接口图

图中：1、舵机控制模块，2、电位器，3、第一减速齿轮的大齿轮，4、电位器输出轴，5、第一减速齿轮，6、第一减速齿轮的小齿轮，7、第四减速齿轮的大齿轮，8、第四减速齿轮，9、第四减速齿轮的小齿轮，10、减速齿轮组，11、上盖，12、第三减速齿轮的大齿，13、第二减速齿轮的小齿，14、第三减速齿轮，15、第二减速齿轮，16、第三减速齿轮小齿，17、第二减速齿轮的大齿，18、直流电机输出轴小齿轮，19、壳主体，20、直流电机，21、扩展接口，22、下盖，23、连接螺杆，24、电源与数据线，25、CAN总线驱动器，26、微控制芯片，27、信号解调电路，28、电机驱动集成电路，29、舵机控制模块，30、CAN总线信号线H(CANH)，31、CAN总线信号线L(CANL)，32、电源(VCC)，33、地(GND)。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实施例：

如图2所示，本实施例中壳体由三部分组成：上盖11、壳主体、下盖22；内部布置舵机控制模块、减速齿轮组10、直流电机20和电位器2。

本实施例的上盖11和壳体主体围成上部空腔，上部空腔内布置减速齿轮组10。下盖22和壳体主体围成下部空腔，下部空腔内布置舵机控制模块1、直流电机20和电位器2，电位器2和直流电机20电性连接于舵机控制模块1；直流电机输出轴带输出小齿轮，两者连接为一体。电位器2固定于壳体主体的上侧，电位器2输出轴机械连接于减速齿轮组10的输出轴，并同步运动。

减速齿轮组的结构如下：对应电位器2所在一侧布置的第四减速齿轮8与对应于直流电机20一侧布置的直流电机齿轮之间布置第一减速齿轮5、第三减速齿轮14，第三减速齿轮14位于第一减速齿轮5的上面，两者架设于同一齿轮轴上，第二减速齿轮15位于电机齿轮上面，两者的旋转轴在同一轴线上，第二减速齿轮15的齿轮轴固定于电机齿轮上面的支架上。第一、第二、第三减速齿轮均包括大齿及固结于该大齿顶侧面的小齿。电机齿轮与第一减速齿轮的大齿3啮合，第一减速齿轮的小齿6与第二减速齿轮的大齿17啮合，第二减速齿轮的小齿13与第三减速齿轮的大齿12啮合，第三减速齿轮的小齿16与第四减速齿轮的大齿7啮合。

本实施例中的控制模块1包括微控制单片机芯片26、信号解调集成电路27、电机驱动集成电路28、CAN总线驱动器和扩展接口21。

舵机控制模块由CAN总线驱动器25把CAN总线上的差分信号和TTL电平进行相互转换，由微控制芯片26通过CAN总线接收上位控制机的目标位置信号、产生PWM波形和采集电位器2的当前位置，并把当前位置反馈给上位控制机。

本实施例中为了实现舵机输出轴的当前位置的反馈，采用电位器2与减速齿轮组10的输出轴(即第四减速齿轮旋转轴)同步运动，用微控制芯片内部自带的A/D转换器进行A/D采样。

如图3所示，本实施例的微控制芯片26选用PIC18F单片机，此单片机内部带有A/D转换器，可以进行8路10位的A/D转换，本实施例中就是用此A/D转换器进行电位器的采样。

如图3所示，本实施例中的微控制芯片26可以产生PWM波，经信号解调电路27、电机驱动集成电路28后对直流电机20进行控制。微控制芯片内带CAN总线控制器，经CAN总线驱动器(PCA82C250T)转换后，接入CAN总线网络中，与上位控制机进行双向通讯。

如图4所示，本实施例中的扩展接口用来扩展其他舵机，其他舵机无需把引线接到上位控制上，直接接入扩展接口即可。本实施例中的扩展接口能够大大减少从上位控制机引出的控制线的数目。

本实施例中把舵机控制模块、减速齿轮组、直流电机、电位器集成为一体，使结构非常紧凑。把微控制芯片引入，产生PWM波，从而可以大大减轻上位控制机的控制压力。

为了实现输出轴的位置的实时反馈，引入微控制芯片，本微控制芯片内置A/D转换器，可以对电位器的位置进行实时的采样。

Claims

1、一种基于CAN总线通讯的智能型电动舵机，包括有依次连接的信号解调电路(27)、电机驱动集成电路(28)和直流电机(20)，直流电机(20)的输出轴与减速齿轮组相连，减速齿轮组的输出轴与电位器(2)同轴连接；其特征在于：还包括有微控制芯片(26)和CAN总线驱动器(25)；其中：

微控制芯片(26)通过CAN总线驱动器、CAN总线与上位机相连，接收上位机的控制命令，产生PWM信号送入信号解调电路(27)；

电位器(2)与微控制芯片(26)相连，微控制芯片采集电位器(2)的位置信号，并将该信号传送给上位机。

2、根据权利要求1所述的一种基于CAN总线通讯的智能型电动舵机，其特征在于：还包括有与CAN总线相连接的扩展接口(21)。