CN106695789B - 舵机主板及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舵机主板及机器人，应用于一舵机，舵机主板包括主控芯片，包括控制信号输出端及感应电压输入端；驱动芯片，包括控制信号接收端及感应电流端，控制信号接收端与主控芯片的控制信号输出端对应连接，用以接收主控芯片输出的控制信号并根据控制信号输出驱动脉冲信号以驱动设置在舵机内的电机旋转；采集芯片，包括感应电流输入端、信号处理单元及输出端，感应电流输入端与驱动芯片的感应电流端连接，用以采集电机的当前工作电流，输出端与主控芯片的感应电压输入端连接，并将电机的工作状态信息反馈给主控芯片。通过上述方式，本发明能够减少采集芯片的外围电路元件、节省电路板空间及减小电路板尺寸。

Description

舵机主板及机器人

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种舵机主板及机器人。

背景技术

随着科技的进步，机器人技术得到了极大地发展，其已经逐渐地走进了人们的日常生活中。在机器人技术中，舵机主板是其重要的组件，控制着机器人执行各种操作。

现有的舵机主板中，一般是由采样电阻及运放芯片来采集驱动电机当前的电流信息，且采集芯片周围通常设有元件数量较多的外围电路，导致主板布线繁琐，且元件损耗后主板无法正常工作。

发明内容

本发明提供一种舵机主板以及机器人，能够减少采集芯片的外围电路元件、节省电路板空间及减小电路板尺寸。

本发明采用的一个技术方案是：提供一种舵机主板，应用于一舵机，所述舵机主板包括：主控芯片，包括控制信号输出端及感应电压输入端；及驱动芯片，包括控制信号接收端及感应电流端，所述控制信号接收端与所述主控芯片的控制信号输出端对应连接，用以接收所述主控芯片输出的控制信号并根据所述控制信号输出驱动脉冲信号以驱动设置在所述舵机内的电机旋转，所述感应电流端用以侦测所述电机的当前工作电流；采集芯片，包括感应电流输入端及输出端、信号处理单元、所述感应电流输入端与所述驱动芯片的感应电流端连接，用以采集所述电机的当前工作电流以侦测所述电机的工作状态信息；所述信号处理单元用于感应感应电流输入端采集到的电流信号，并将该电流信号转换为对应的反馈电压信号后放大处理；所述输出端与所述主控芯片的感应电压输入端连接，并将所述信号处理单元放大后的电信号反馈给所述主控芯片。

其中，所述感应电流输入端进一步包括：第一引脚、第二引脚、第三引脚以及第四引脚，所述第一引脚及第二引脚的极性相同，所述第三引脚以及第四引脚的极性相同且与所述第一引脚及第二引脚的极性相反；其中，所述第一引脚、第二引脚、第三引脚以及第四引脚的第一端封装于所述采集芯片内且相互耦接，所述第一引脚、第二引脚的第二端与所述驱动芯片的感应电流输出端耦接，所述第三引脚及第四引脚的第二端接地。

其中，所述信号处理单元进一步包括感应电路，与所述感应电流输入端对应设置，用以通过所述感应电流输入端感应所述电机的当前工作电流，并将所述当前工作电流转换为对应的反馈电压信号。

其中，所述信号处理单元进一步包括运放电路，与所述感应电路的输出端耦接，用以将所述电压信号进行处理，且进一步包括：第一运放器，其包括输入端和输出端，其中，所述输入端电连接至所述感应电路的输出端，用以接收所述反馈电压信号；第二运放器，其包括输入端和输出端，其中，所述输入端电连接至所述第一运放器的输出端，所述输出端电连接所述主控芯片的感应电压输入端，用以向所述主控芯片反馈所述电压信号，以使得所述主控芯片根据所述电压信号调整所述电机的转速。

其中，所述舵机主板还包括角度采集芯片，所述角度采集芯片与所述主控芯片连接，所述角度采集芯片用于获取所述舵机旋转的角度信息，并将所述角度信息反馈至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述角度信息控制所述舵机的运动。

其中，所述角度采集芯片为磁编码芯片，其中，所述磁编码芯片根据磁场变化而采集所述舵机偏转的角度信息，且所述磁编码芯片进一步包括反馈引脚、第一偏转角度控制引脚和第二偏转角度控制引脚，其中，所述主控芯片进一步包括第二反馈引脚、第一偏转角度控制引脚和第二偏转角度控制引脚，其中，所述磁编码芯片的所述反馈引脚连接所述主控芯片的所述第二反馈引脚以将所述舵机偏转的角度信息反馈至所述主控芯片，而所述主控芯片的所述第一偏转角度控制引脚和第二偏转角度控制引脚分别与所述磁编码芯片的所述第一偏转角度控制引脚和第二偏转角度控制引脚连接，以将所述主控芯片根据反馈的所述舵机偏转的角度信息而产生的所述角度控制信号输出至所述磁编码芯片，以通过所述角度采集及控制芯片而控制所述舵机偏转的角度。

其中，所述舵机主板还包括与主控芯片相连的电源芯片和电量检测芯片，所述电源芯片用于为所述舵机提供电源，所述电量检测芯片用于采集舵机内部一电池的电量。

其中，所述舵机主板还包括温度采集芯片，与所述主控芯片连接，并用于采集所述电机的温度，若所采集到的电机的温度大于一预设阈值，则所述主控芯片控制所述电机停止旋转，或降低所述电机旋转的速度。

其中，所述舵机主板还包括通信芯片，与所述主控芯片以及上位机连接，用于维持所述主控芯片与上位机的通讯。

为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是提供一种机器人，所述机器人包括中央处理器、CAN总线以及多个舵机，每个所述舵机分别包括上述任一所述的舵机主板。

本发明的有益效果是：提供一种舵机主板及机器人，通过将驱动芯片感应到的电机当前的工作电流直接传输给驱动芯片进行处理并反馈给主控芯片，能够减少采集芯片的外围电路元件，节省电路板空间、减小电路板尺寸。

附图说明

图1是本发明舵机主板一实施方式的结构示意图；

图2是本发明采集芯片一实施方式的的结构示意图；

图3是本发明舵机主板又一实施方式的结构示意图；

图4是本发明主控芯片与角度采集芯片一实施方式的结构示意图；

图5是本发明机器人一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1是本发明舵机主板一实施方式的结构示意图。如图所示，该舵机主板10应用于一舵机33，且该舵机主板10包括：主控芯片11、驱动芯片12以及采集芯片13。

其中，主控芯片11包括控制信号输出端a及感应电压输入端b。

进一步地，驱动芯片12包括控制信号接收端c及感应电流端d，控制信号接收端c与主控芯片11的控制信号输出端a对应连接，用以接收主控芯片11输出的控制信号并根据控制信号输出驱动脉冲信号以驱动设置在舵机33内的电机20旋转，其中，感应电流端d用以侦测电机20的当前工作电流。

进一步地，采集芯片13包括感应电流输入端e、信号处理单元130

及输出端f。其中，感应电流输入端e与驱动芯片12的感应电流端d连接，用以采集电机20的当前工作电流以侦测电机20的工作状态信息，信号处理单元，用于感应感应电流输入端e采集到的电流信号，并将该电流信号转换为对应的反馈电压信号后放大处理；输出端f与主控芯片11的感应电压输入端b连接，并将所述电机20的工作状态信息反馈给所述主控芯片。

请一并参阅图2，图2是本发明采集芯片一实施方式的结构示意图。如图2所示，该采集芯片13的感应电流输入端e进一步包括：第一引脚1、第二引脚2、第三引脚3以及第四引脚4。其中，第一引脚1及第二引脚2的极性相同且都为正，第三引脚3以及第四引脚4的极性相同且与第一引脚1及第二引脚2的极性相反即为负。当然在其它实施例中，第一引脚1及第二引脚2的极性也可以为负，本发明不做具体限定。

进一步地，第一引脚1、第二引脚2、第三引脚3以及第四引脚4的第一端封装于采集芯片13内且相互耦接，第一引脚1、第二引脚2的第二端与驱动芯片12的感应电流输出端d耦接，用以采集电机20的当前工作电流，第三引脚3及第四引脚4用以将接收到的电机20的当前工作电流接地。

请进一步参阅图2，信号处理单元131进一步包括感应电路1311。该感应电路1311与感应电流输入端e对应设置，并与感应电流输入端e相隔一定距离，用以通过感应电流输入端e感应电机20的当前工作电流，并将当前工作电流转换为对应的反馈电压信号。

在本发明一应用场景中，所述的感应电路1311可以为霍尔元件，当然，在其它实施例中，也可以为其他电磁感应元件。其中，该霍尔元件是利用霍尔效应的半导体。具体地，霍尔效应是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。故可以检测磁场及其变化，在各种与磁场有关的场合中使用，其精度高、线性度好。

进一步地，在本实施例中，由于通电的导体周围存在磁场，故由感应电流输入端e接收到电机20的当前工作电流产生的磁场被感应电路1311，即霍尔元件所感应，产生横向电位差，即将该电机20当前的工作电流转换为对应的反馈电压信号。

进一步地，该霍尔元件还包括输入端g、输出端h，所述输入端g用以接收外部电源Vcc，输出端h用以输出所述反馈电压信号。

请继续参阅图2，该信号处理单元131进一步包括运放电路1312，且该运放电路1312与感应电路1311的输出端h耦接，用以将反馈电压信号进行处理，且进一步包括：第一运放器A及第二运放器B。

其中，第一运放器A，在具体实施例中，该第一运放器A可以为包括但不限于粗调增益器件，用于将电压信号放大。其进一步包括输入端i和输出端j，其中，输入端i电连接至感应电路1311的输出端h，接收由霍尔元件转换的电压信号。

进一步地，第二运放器B，可以为包括但不限于微调增益器件，用于将电压信号进一步放大。且其包括输入端k和输出端l，其中，输入端k电连接至第一运放器的输出端j，输出端l电连接主控芯片11的感应电压输入端b，用以向主控芯片11反馈电压信号，以使得主控芯片11根据该电压信号调整电机20的转速。

需要说明的是，主控芯片11接收到的反馈电压信号是通过感应电路1311(霍尔元件)将感应到的电机20当前的工作电流转变成电压形式的信号。

进一步地，当主控芯片11接收到采集芯片13输出的反馈电压信号，以此来判断驱动芯片11侦测到的电流是否超过预设电流阈值，若超过，则通过主控芯片11的控制信号输出端a向电机20发出停止转动的控制信号。

上述实施方式，通过将感应到的电机20当前的工作电流直接传输给驱动芯片进行处理，能够减少采集芯片的外围电路元件，节省电路板空间、减小电路板尺寸。

请一并参照图3，图3是本发明舵机主板又一实施方式的结构示意图。如图所示，该舵机主板10还包括至少一滤波电路14，且滤波电路14连接在驱动芯片12与电机20之间，并用于对驱动脉冲信号进行滤波处理。

进一步地，驱动芯片12用于接收主控芯片11传输的控制信号并根据控制信号输出一驱动脉冲信号以驱动设置在舵机33内的一电机20旋转。其中，控制信号包括角度控制信号、速度控制信号以及使能信号。具体地，驱动芯片12根据角度控制信号、速度控制信号以及使能信号输出两路驱动脉冲信号，分别传输至电机20的两端。滤波电路14用于对驱动脉冲信号进行滤波处理。

请一并参阅图4，图4是本发明主控芯片与角度采集芯片一实施方式的结构示意图。

其中，该舵机主板10还包括角度采集芯片15，该角度采集芯15片与主控芯片11连接。具体地，该角度采集芯片15用于获取舵机33旋转的角度信息，并将角度信息反馈至主控芯片11，主控芯片11根据角度信息控制舵机33的运动。

具体地，该角度采集芯片15可以为磁编码芯片。具体地，磁编码芯片15根据磁场变化而采集舵机33偏转的角度信息，且该磁编码芯片15进一步包括反馈引脚MOSI、第一偏转角度控制引脚CS和第二偏转角度控制引脚MISO。

其中，主控芯片11进一步包括第二反馈引脚mosi、第一偏转角度控制引脚cs和第二偏转角度控制引脚miso，其中，磁编码芯片15的反馈引脚连接主控芯片11的第二反馈引脚MOSI以将舵机33偏转的角度信息反馈至主控芯片11，而主控芯片11的第一偏转角度控制引脚cs和第二偏转角度控制引脚miso分别与磁编码芯片15的第一偏转角度控制引脚CS和第二偏转角度控制引脚MISO连接，以将主控芯片11根据反馈的舵机33偏转的角度信息而产生的角度控制信号输出至磁编码芯片15，以通过角度采集及控制芯片11而控制舵机33偏转的角度。

具体地，主控芯片11根据接收到的当前角度信息与预设的角度值对比，并发出角度控制信号至磁编码芯片15，以进一步调整舵机33当前的角度至预设角度，若当前角度信息达到预设的角度值，则主控芯片11向电机20发出停止转动的控制信号。当然，在其它实施例中，角度采集芯片15也可以是电位器构成，根据驱动电机的位置变化获取舵机33转动的角度信息。

请进一步参阅图4，该舵机主板10还包括与主控芯片11相连的电源芯片16和电量检测芯片17，且电源芯片16用于为舵机33提供电源，电量检测芯片17用于采集舵机33内部一电池的电量，并传输至主控芯片11，主控芯片11进一步根据电池的电量控制舵机33中电机20的旋转。在本发明实施例中，电源芯片16可以向舵机33提供15V、5V以及3.3V的电源电压。

进一步地，该舵机主板10还包括温度采集芯片18，与主控芯片11连接，并用于采集电机20的温度，若所采集到的电机20的温度大于一预设阈值，则主控芯片11控制电机20停止旋转，或降低电机20旋转的速度。其中，预设阈值可以根据需要设置，在此不作限制。

进一步地，该舵机主板10还包括通信芯片19，与主控芯片11以及上位机连接，用于维持主控芯片11与上位机的通讯。具体地，通讯芯片块19用于与上一级和/或下一级舵机33进行通讯，接收来自与舵机33相连的一上一级舵机的识别号或识别号及动作指令信息，或传递与舵机33相连的一下一级舵机的识别号或识别号及动作指令信息。具体地，在舵机33初始化时，主控芯片11通过通讯芯片19接收上一级舵机分配给本级舵机33分配的识别号，同时接收动作指令信息，并传输至主控芯片11；以及传递向下一级舵机分配的相应的识别号，同时传输动作指令信息，能够完成所有舵机33初始化过程中的识别号的依次分配，避免舵机33的识别号固定而导致组装不便。

进一步地，在舵机33正常工作时，主控芯片11通过通讯芯片19与上一级舵机和/或下一级舵机进行半双工通讯，以传输对应的识别号和动作指令信息。当然，在本发明的其他实施例中，也可以只传输动作指令信息，并在该动作指令信息中携带对应的识别号。

请参阅图5，图5是本发明机器人一实施方式的结构示意图。如图5所示，机器人30包括中央处理器31、CAN总线32以及多个舵机33。每个舵机33包括如上所述的舵机主板10，每个舵机主板10通过CAN总线32与中央处理器31进行通讯。

上述实施方式，通过驱动芯片将感应到的电机当前的工作电流直接传输给驱动芯片进行处理并反馈给主控芯片，能够减少采集芯片的外围电路元件，节省电路板空间、减小电路板尺寸。

综上所述，本领域技术人员容易理解，本发明提供一种舵机主板及机器人，通过驱动芯片将感应到的电机当前的工作电流直接传输给驱动芯片进行处理并反馈给主控芯片，能够减少采集芯片的外围电路元件、节省电路板空间及减小电路板尺寸。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种舵机主板，应用于一舵机，其特征在于，所述舵机主板包括：

主控芯片，包括控制信号输出端及感应电压输入端；及

驱动芯片，包括控制信号接收端及感应电流端，所述控制信号接收端与所述主控芯片的控制信号输出端对应连接，用以接收所述主控芯片输出的控制信号并根据所述控制信号输出驱动脉冲信号以驱动设置在所述舵机内的电机旋转，所述感应电流端用以侦测所述电机的当前工作电流；

采集芯片，包括感应电流输入端、输出端及信号处理单元，所述感应电流输入端与所述驱动芯片的感应电流端连接，用以采集所述电机的当前工作电流以侦测所述电机的工作状态信息；所述信号处理单元用于感应所述感应电流输入端采集到的电流信号，并将所述电流信号转换为对应的反馈电压信号后放大处理；所述输出端与所述主控芯片的感应电压输入端连接，并将所述信号处理单元放大后的电信号反馈给所述主控芯片；

其中，所述舵机主板还包括角度采集芯片，所述角度采集芯片与所述主控芯片连接，所述角度采集芯片用于获取所述舵机旋转的角度信息，并将所述角度信息反馈至所述主控芯片，所述主控芯片根据所述角度信息控制所述舵机的运动；所述角度采集芯片为磁编码芯片，所述主控芯片根据接收到的所述角度信息与预设角度比对，并发出角度控制信号至所述磁编码芯片，所述磁编码芯片根据磁场变化而采集所述舵机偏转的角度信息，且所述磁编码芯片进一步包括反馈引脚、第一偏转角度控制引脚和第二偏转角度控制引脚，所述主控芯片进一步包括第二反馈引脚、第一偏转角度控制引脚和第二偏转角度控制引脚，所述磁编码芯片的所述反馈引脚连接所述主控芯片的所述第二反馈引脚以将所述舵机偏转的角度信息反馈至所述主控芯片，而所述主控芯片的所述第一偏转角度控制引脚和第二偏转角度控制引脚分别与所述磁编码芯片的所述第一偏转角度控制引脚和第二偏转角度控制引脚连接，以将所述主控芯片根据反馈的所述舵机偏转的角度信息而产生的所述角度控制信号输出至所述磁编码芯片，以通过所述角度采集及控制芯片而控制所述舵机偏转的角度。

2.根据权利要求1所述的舵机主板，其特征在于，所述感应电流输入端进一步包括：第一引脚、第二引脚、第三引脚以及第四引脚，所述第一引脚及第二引脚的极性相同，所述第三引脚以及第四引脚的极性相同且与所述第一引脚及第二引脚的极性相反；

其中，所述第一引脚、第二引脚、第三引脚以及第四引脚的第一端封装于所述采集芯片内且相互耦接，所述第一引脚、第二引脚的第二端与所述驱动芯片的感应电流输出端耦接，所述第三引脚及第四引脚的第二端接地。

3.根据权利要求1所述的舵机主板，其特征在于，所述信号处理单元进一步包括感应电路，与所述感应电流输入端对应设置，用以通过所述感应电流输入端感应所述电机的当前工作电流，并将所述当前工作电流转换为对应的反馈电压信号。

4.根据权利要求3所述的舵机主板，其特征在于，所述信号处理单元进一步包括运放电路，与所述感应电路的输出端耦接，用以将所述电压信号进行处理，且进一步包括：

第一运放器，其包括输入端和输出端，其中，所述输入端电连接至所述感应电路的输出端，用以接收所述反馈电压信号；

第二运放器，其包括输入端和输出端，其中，所述输入端电连接至所述第一运放器的输出端，所述输出端电连接所述主控芯片的感应电压输入端，用以向所述主控芯片反馈所述电压信号，以使得所述主控芯片根据所述电压信号调整所述电机的转速。

5.根据权利要求1所述的舵机主板，其特征在于，所述舵机主板还包括与主控芯片相连的电源芯片和电量检测芯片，所述电源芯片用于为所述舵机提供电源，所述电量检测芯片用于采集舵机内部一电池的电量。

6.根据权利要求1所述的舵机主板，其特征在于，所述舵机主板还包括温度采集芯片，与所述主控芯片连接，并用于采集所述电机的温度，若所采集到的电机的温度大于一预设阈值，则所述主控芯片控制所述电机停止旋转，或降低所述电机旋转的速度。

7.根据权利要求1所述的舵机主板，其特征在于，所述舵机主板还包括通信芯片，与所述主控芯片以及上位机连接，用于维持所述主控芯片与上位机的通讯。

8.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括中央处理器、CAN总线以及多个舵机，每个所述舵机分别包括如权利要求1-7任一所述的舵机主板。

Images