CN104977105B - 遥控伺服电机的扭矩估测电路及其扭矩检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种遥控伺服电机的扭矩估测电路及其扭矩检测方法。扭矩估测电路包括一处理单元。处理单元接收一电机电流信号及一第一角度控制信号，且提供一第二角度控制信号至遥控伺服电机，其中第一角度控制信号对应遥控伺服电机的一预定旋转角度。处理单元通过第二角度控制信号调整遥控伺服电机的一实际旋转角度，并且依据第二角度控制信号及电机电流信号判断遥控伺服电机的一扭矩信息。
Description
技术领域
本发明实施例涉及一种扭矩估测技术，特别是一种遥控伺服电机的扭矩估测电路及其扭矩检测方法。
背景技术
遥控(Remote Control，RC)伺服电机为模型与玩具产业常见的电机，其控制方式大致分为角度控制及速度控制。一般而言，遥控伺服电机依据角度控制信号而进行旋转。但是，遥控伺服电机的构造简单，因此无法提供使用信息(如扭矩信息)，以至于使用者无法得知遥控伺服电机的信息，造成应用上的局限。此外，在目前的量测技术中，是采用外挂电阻来量测电机的电流，但由外部只能取得电机电流值，亦即只能得知扭矩的大小，无法取得扭矩的方向。若要取得扭矩的方向，势必将电阻串联于电机内部的电子换向器(commutator)的回路上，但这种作法会破坏电机模组原有的电路，可能会影响电机的运作。
发明内容
本发明实施例提供一种遥控伺服电机的扭矩估测电路及其扭矩检测方法，可直接量测遥控伺服电机的扭矩信息且不用分解遥控伺服电机。
本发明的一实施例提供一种遥控伺服电机的扭矩估测电路，该扭矩估测电路包括一处理单元。处理单元接收一电机电流信号，接收一第一角度控制信号且提供一第二角度控制信号至遥控伺服电机的一控制端，第一角度控制信号对应遥控伺服电机的一预定旋转角度。处理单元通过第二角度控制信号调整遥控伺服电机的一实际旋转角度，并且依据第二角度控制信号及电机电流信号判断遥控伺服电机的一扭矩信息。
本发明的一另实施例提供一种遥控伺服电机的扭矩检测方法，至少包括下列步骤：通过一处理单元接收对应一预定旋转角度的一第一角度控制信号且提供一第二角度信号至遥控伺服电机；通过处理单元调整第二角度控制信号以控制遥控伺服电机的一实际旋转角度；通过处理单元且依据第二角度控制信号及一电机电流信号判断遥控伺服电机的一扭矩信息。
综上所述，本发明实施例的遥控伺服电机的扭矩估测电路及其扭矩检测方法，其通过输出电流判断扭矩的大小，并且通过遥控伺服电机的旋转角度及输出电流的变化判断扭矩的方向。因此，可直接量测遥控伺服电机的扭矩信息且不用分解遥控伺服电机。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1A为依据本发明一实施例的遥控伺服电机的扭矩估测电路的系统示意图。
图1B为依据本发明一实施例的遥控伺服电机的扭矩估测电路的电路示意图。
图2为依据本发明一实施例的遥控伺服电机的扭矩检测方法的流程图。
图中符号说明：
10：遥控伺服电机
100：扭矩估测电路
110：电流检测单元
111：检测电阻
113：放大电路
120：处理单元
121：脉波调变器
123：扭矩估测器
125：模拟数字转换器
Ftr：扭矩信息
Io：输出电流
SAN1：第一角度控制信号
SAN2：第二角度控制信号
SAR：角度调整信号
Sim、Sim_D：电机电流信号
TC：控制端
TG：接地端
TP：电源端
Tr：扭矩
VDD：系统电压
Vr：电压差
S210、S220、S230、S240、S250：步骤
具体实施方式
图1A为依据本发明一实施例的遥控伺服电机的扭矩估测电路的系统示意图。请参照图1A，在本实施例中，扭矩(Torque)估测电路100耦接遥控伺服电机10，用以量测遥控伺服电机10的扭矩信息Ftr。遥控伺服电机10具有一电源端TP、一控制端TC及一接地端TG，其中电源端TP用以接收一系统电压VDD，控制端用以接收角度控制信号(如SAN1、SAN2)，接地端TG用以接收接地电压且依据遥控伺服电机10施压于一物体(未绘出)所产生扭矩Tr输出一输出电流Io。
扭矩估测电路100包括电流检测单元110及处理单元120。电流检测单元110耦接遥控伺服电机10的接地端TG，且用以检测遥控伺服电机10的输出电流Io以提供电机电流信号Sim。处理单元120耦接电流检测单元110以接收电机电流信号Sim，并接收远端控制装置(未绘出)所提供的第一角度控制信号SAN1，并且提供第二角度控制信号SAN2至遥控伺服电机10的控制端TC，其中第一角度控制信号SAN1用以设定遥控伺服电机10的旋转角度为一预定旋转角度。在本实施例中，处理单元120可通过第二角度控制信号SAN2调整遥控伺服电机10的实际旋转角度，再依据第二角度控制信号SAN2及电机电流信号Sim判断遥控伺服电机10的扭矩信息Ftr。在另一实施例中，上述扭矩估测电路100包括一电压检测单元(图未绘出)及处理单元120。上述电压检测单元耦接遥控伺服电机10的接地端TG，且用以检测遥控伺服电机10的一输出电压在一电阻上的电压变化以提供电机电流信号Sim。上述电压检测单元是藉由检测上述输出电压在该电阻上的电压变化的手段以检测出遥控伺服电机10的输出电流Io。
进一步来说，处理单元120可通过电机电流信号Sim判断扭矩Tr的大小。其次，处理单元120可通过第二角度控制信号SAN2控制遥控伺服电机10顺时钟旋转或逆时钟旋转，并且处理单元120可通过电机电流信号Sim的变化判断旋转的方向为朝向被施压的物体(未绘出)或远离被施压的物体(未绘出)，其中上述顺时钟旋转或逆时钟旋转为基于遥控伺服电机10的预定旋转角度而言。
换言之，当处理单元120控制遥控伺服电机10以预定旋转角度为基础沿顺时钟方向(对应第一方向)转动且输出电流Io为增加时，上述顺时钟方向相反于遥控伺服电机10的负载方向，亦即朝向被施压的物体(未绘出)。当遥控伺服电机10以预定旋转角度为基础沿顺时钟方向转动且输出电流Io为减少时，上述顺时钟方向相同于遥控伺服电机10的负载方向。因此，处理单元120可判断扭矩Tr的大小及方向(亦即扭矩信息Ftr)，且不用分解遥控伺服电机10。
上述是以遥控伺服电机10进行顺时钟旋转为例，但在其他实施例中，可控制遥控伺服电机10进行逆时钟旋转，本发明实例不以此为限。
在处理单元120取得扭矩信息Ftr后，可将扭矩信息Ftr输出作为远端控制装置(未绘出)控制遥控伺服电机10的参考。并且，处理单元120会依据预定旋转角度设定第二角度控制信号SAN2，亦即处理单元120可直接输出第一角度控制信号SAN1作为第二角度控制信号SAN2，但本发明实施例不以此为限。
在本发明的一实施例中，第一角度控制信号SAN1及第二角度控制信号SAN2可以为脉波信号，而处理单元120可通过调整第二角度控制信号SAN2的工作周期(Duty cycle)来控制遥控伺服电机10的旋转。或者，第一角度控制信号SAN1及第二角度控制信号SAN2可以为电压信号，而处理单元120可通过调整第二角度控制信号SAN2的电压电平来控制遥控伺服电机10的旋转。上述为用以说明，第一角度控制信号SAN1及第二角度控制信号SAN2的信号类型可依据遥控伺服电机10的设计而定，本发明实施例不以此为限。
图1B为依据本发明一实施例的遥控伺服电机的扭矩估测电路的电路示意图。请参照图1A及图1B，其中相同或相似元件使用相同或相似标号。在本实施例中，电流检测单元110包括检测电阻111及放大电路113。检测电阻111耦接于遥控伺服电机10的接地端TG与一接地电压之间，用以提供电机电流信号Sim，并且放大器113用以放大电机电流信号Sim后提供至处理单元120。换言之，输出电流Io流经检测电阻111会产生对应的电压差Vr，而电压差Vr经放大器113放大后作为电机电流信号Sim的电压电平。在本实施例中，放大器113用以放大电压差Vr以及阻隔检测电阻111及处理单元120，但在其他实施例中，可省略放大器113，亦即可直接以电压差Vr作为电机电流信号Sim的电压电平，而不影响整体的运作，此可依据处理单元120的设计及操作需求而定，本发明实施例不以此为限。
处理单元120包括脉波调变器121、扭矩估测器123及模拟数字转换器125。脉波调变器121接收扭矩估测器123提供的角度调整信号SAR，且依据角度调整信号SAR产生第二角度控制信号SAN2以提供至遥控伺服电机10。模拟数字转换器125用以将电机电流信号Sim的格式转换为数字信号格式的电机电流信号Sim_D后提供至扭矩估测器123，以供扭矩估测器123解读。扭矩估测器123接收电机电流信号Sim_D及第一角度控制信号SAN1，且依据第一角度控制信号SAN1提供角度调整信号SAR，并且扭矩估测器123会依据电机电流信号Sim_D及其提供的角度调整信号SAR判断遥控伺服电机10的扭矩信息Ftr。
进一步来说，扭矩估测器123会对应第一角度控制信号SAN1的角度设定角度调整信号SAR，以使第二角度控制信号SAN2对应的角度相同于第一角度控制信号SAN1的角度；接着，扭矩估测器123会调整角度调整信号SAR，以使第二角度控制信号SAN2对应的角度略大于或略小于第一角度控制信号SAN1的角度；最后，扭矩估测器123会再对应第一角度控制信号SAN1的角度设定角度调整信号SAR，以使第二角度控制信号SAN2对应的角度相同于第一角度控制信号SAN1的角度，而遥控伺服电机10会正常运作。
在上述实施例中，模拟数字转换器125用以转换电机电流信号Sim的格式，但在扭矩估测器123可接收模拟信号的情况下，可省略模拟数字转换器125而不影响整体操作，此可依据扭矩估测器123的设计而定，本发明实施例不此为限。
图2为依据本发明一实施例的遥控伺服电机的扭矩检测方法的流程图。请参照图2，在本实施例中，遥控伺服电机的扭矩检测方法至少包括下列步骤：通过电流检测单元检测遥控伺服电机的输出电流以提供电机电流信号(步骤S210)；并且通过处理单元接收对应预定旋转角度的第一角度控制信号且提供第二角度信号至遥控伺服电机(步骤S220)；接着，通过处理单元调整第二角度控制信号以控制遥控伺服电机的实际旋转角度(步骤S230)；然后，通过处理单元且依据第二角度控制信号及电机电流信号判断遥控伺服电机的扭矩信息(步骤S240)；在遥控伺服电机的扭矩信息取得后，通过处理单元且依据预定旋转角度设定第二角度控制信号(步骤S250)。其中，上述步骤S210、S220、S230、S240及S250的顺序为用以说明，本发明实施例不以此为限。在另一实施例中，步骤S210可改为以下方式，通过电压检测单元检测遥控伺服电机的输出电压在一电阻上的电压变化以提供电机电流信号。上述电压检测单元是藉由检测上述输出电压在该电阻上的电压变化的手段以检测出遥控伺服电机10的输出电流Io。并且，上述步骤S210、S220、S230、S240及S250的细节可参照图1A及图1B的实施例所述，在此则不再赘述。
综上所述，本发明实施例的遥控伺服电机的扭矩估测电路及其扭矩检测方法，其通过输出电流判断扭矩的大小，并且通过遥控伺服电机的旋转角度及输出电流的变化判断扭矩的方向。因此，可直接量测遥控伺服电机的扭矩信息且不用分解遥控伺服电机。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求书中所述范围为准。
Claims (9)
1.一种遥控伺服电机的扭矩估测电路，其特征在于，包括：
一检测单元，耦接该遥控伺服电机的一接地端，且用以检测该遥控伺服电机的一输出电流以提供一电机电流信号；以及
一处理单元，接收该检测单元所提供的该电机电流信号，接收自一远端控制装置所提供的一第一角度控制信号，且该处理单元提供一第二角度控制信号至该遥控伺服电机的一控制端，该第一角度控制信号对应该遥控伺服电机的一预定旋转角度，该处理单元通过该第二角度控制信号调整该遥控伺服电机的一实际旋转角度，并且依据该第二角度控制信号及该电机电流信号判断该遥控伺服电机的一扭矩信息，其中，该扭矩信息包括一扭矩的大小与方向；
当该遥控伺服电机沿一第一方向转动且该输出电流为增加时，该第一方向相反于该遥控伺服电机的一负载方向，当该遥控伺服电机沿该第一方向转动且该输出电流为减少时，该第一方向相同于该遥控伺服电机的该负载方向。
2.根据权利要求1所述的遥控伺服电机的扭矩估测电路，其特征在于，该处理单元包括：
一脉波调变器，接收一角度调整信号，且依据该角度调整信号提供该第二角度控制信号；以及
一扭矩估测器，接收该电机电流信号及该第一角度控制信号，且依据该第一角度控制信号提供该角度调整信号，以依据该电机电流信号及该角度调整信号判断该遥控伺服电机的该扭矩信息。
3.根据权利要求1所述的遥控伺服电机的扭矩估测电路，其特征在于，该处理单元还包括一模拟数字转换器，用以将该电机电流信号的格式转换为一数字信号格式后提供至该扭矩估测器。
4.根据权利要求1所述的遥控伺服电机的扭矩估测电路，其特征在于，该检测单元包括：
一检测电阻，耦接于该遥控伺服电机的该接地端与一接地电压之间，用以提供该电机电流信号。
5.根据权利要求4所述的遥控伺服电机的扭矩估测电路，其特征在于，该检测单元还包括一放大器，用以放大该电机电流信号后提供至该处理单元。
6.根据权利要求1所述的遥控伺服电机的扭矩估测电路，其特征在于，当该处理单元取得该遥控伺服电机的该扭矩信息后，该处理单元依据该预定旋转角度设定该第二角度控制信号。
7.根据权利要求1所述的遥控伺服电机的扭矩估测电路，其特征在于，该第一角度控制信号及该第二角度控制信号为一脉波信号。
8.一种遥控伺服电机的扭矩检测方法，其特征在于，包括：
通过扭矩估测电路中的一处理单元接收自一远端控制装置提供予该处理单元的对应一预定旋转角度的一第一角度控制信号，且通过该处理单元提供一第二角度信号至该遥控伺服电机；通过该处理单元调整该第二角度控制信号以控制该遥控伺服电机的一实际旋转角度；
通过该扭矩估测电路中的一检测单元检测该遥控伺服电机的一输出电流以提供一电机电流信号；
通过该处理单元且依据该第二角度控制信号及该检测单元所提供的该电机电流信号判断该遥控伺服电机的一扭矩信息，其中该扭矩信息包括一扭矩的大小与方向；
通过该处理单元且依据该第二角度控制信号及该电机电流信号判断该遥控伺服电机的该扭矩信息的步骤包括：
当该遥控伺服电机沿一第一方向转动且该输出电流为增加时，该第一方向相反于该遥控伺服电机的一负载方向；以及
当该遥控伺服电机沿该第一方向转动且该输出电流为减少时，该第一方向相同于该遥控伺服电机的该负载方向。
9.根据权利要求8所述的遥控伺服电机的扭矩检测方法，其特征在于，该遥控伺服电机的扭矩检测方法还包括：
在该遥控伺服电机的该扭矩信息取得后，通过该处理单元且依据该预定旋转角度设定该第二角度控制信号。
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