CN108023521B - 一种舵机装置及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种舵机装置及其控制电路，其中，舵机装置的控制电路，连接于舵机和控制单元之间，其包括：力矩信息采集单元、第一放大单元以及第二放大单元；通过力矩信息采集单元采集舵机的力矩信息，并向第一放大单元输出与力矩信息对应的第一信号对，第一放大单元将第一信号对进行同向放大，得到第二信号对，第二放大单元将第二信号对进行差分放大，得到目标电信号，并将目标电信号发送给控制单元，控制单元根据目标电信号生成目标PWM信号，该目标PWM信号用于控制所述电机工作，进而控制舵机的力矩大小。从而避免了舵机在进行姿态变化过程中，出现动作不流畅、卡顿，或者出现较大的位置或角度误差等现象。

Description

一种舵机装置及其控制电路

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种舵机装置及其控制电路。

背景技术

随着人工成本地增加，越来越多地制造业逐渐利用机器人作业来替代人工作业。现有的机器人在进行流水线作业时，需要控制机械臂进行物体抓取、装配、运送等动作，这些动作的控制和执行均离不开舵机。舵机作为一种位置(角度)的驱动器，适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统中。

虽然现有的舵机可以通过位置信息或者速度信息等反馈方式进行控制，使机器人能够完成流水线作业，但是由于位置信息和速度信息都不需要考虑实际的作业内容，因此容易导致舵机在进行姿态变化过程中，出现动作不流畅、卡顿，或者出现较大的位置或角度误差等现象。

发明内容

本发明实施例提供一种舵机装置及其控制电路，可以避免舵机在进行姿态变化过程中，出现动作不流畅、卡顿，或者出现较大的位置或角度误差等现象。

第一方面，本发明实施例提供了一种舵机装置的控制电路，连接于舵机和带动所述舵机工作的电机之间，所述控制电路包括：

力矩信息采集单元，与所述舵机相连，用于采集所述舵机的力矩信息，并输出与所述力矩信息对应的第一信号对；

第一放大单元，与所述力矩信息采集单元相连，用于将所述第一信号对进行同向放大，得到第二信号对；

第二放大单元，分别与所述第一放大单元和所述控制单元相连，用于将所述第二信号对进行差分放大，得到目标电信号；

控制单元，连接于所述第二放大单元与所述电机之间，用于根据所述目标电信号生成目标PWM信号，所述目标PWM信号用于控制所述电机工作，进而控制所述舵机的力矩大小。

第二方面，本发明实施例还提供一种舵机装置，包括舵机和带动所述舵机工作的电机，所述舵机装置还包括如上所述的舵机的控制电路。

本发明实施例提供了一种舵机装置及其控制电路，通过力矩信息采集单元采集舵机的力矩信息，并利用第一放大单元对力矩信息进行同向放大，利用第二放大单元进行差分放大后得到目标电信号，其后控制单元根据目标电信号生成匹配的目标PWM信号控制电机工作，进而控制舵机的力矩大小。从而避免了舵机在进行姿态变化过程中，出现动作不流畅、卡顿，或者出现较大的位置或角度误差等现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种舵机装置的控制电路的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种舵机装置的控制电路的结构示意图；

图3是本发明另一实施例提供的一种舵机装置的控制电路的具体结构示意图；

图4是本发明另一实施例提供的一种舵机装置的控制电路的具体电路图；

图5是本发明实施例提供的一种舵机装置的结构示意图。

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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种舵机装置的控制电路的结构示意图。如图1所示，一种舵机装置的控制电路100，连接于舵机110和带动舵机110工作的电机120之间，包括：力矩信息采集单元10、第一放大单元20以及第二放大单元30。具体地：

力矩信息采集单元10与舵机110相连，用于采集舵机110的力矩信息，并输出与力矩信息对应的第一信号对。第一放大单元20与力矩信息采集单元10相连，用于将第一信号对进行同向放大，得到第二信号对。第二放大单元30与第一放大单元20相连，用于将第二信号对进行差分放大，得到目标电信号。控制单元40连接于第二放大单元30与电机120之间，用于根据目标电信号生成目标PWM信号，目标PWM信号用于控制电机120工作，进而控制舵机110的力矩大小。

需要说明的是，力矩信息采集单元10可以是现有的力矩传感器，通过与舵机110相连，采集舵机110的力矩大小，进而生成相应的第一信号对，该第一信号对为模拟信号。

在本发明的所有实施例中，当电机120带动舵机110工作过程时，第一放大单元20接收第一信号对，并对该第一信号对进行同向放大，进而得到第二信号对，并将该第二信号对发送给第二放大单元30进行差分放大，得到目标电信号，该目标信号用于反映舵机当前的力矩大小。第二放大单元30将目标电信号发送给控制单元40，由控制单元40根据该目标电信号生成目标PWM信号，该目标PWM信号用于控制电机120工作，进而控制舵机的力矩大小，实现了控制单元40与舵机110之间基于力矩信息的闭环控制。

可以理解的是，由于目标信号用于反映舵机的力矩大小，控制单元40根据该目标电信号生成匹配的目标PWM信号，电机120根据该目标PWM信号进行工作，能够准确地控制舵机110在执行下一动作时的力矩大小，也即能够在当前力矩的基础上，对舵机110进行力矩大小的控制，进而平滑地过度到下一动作。

上述方案中，通过力矩信息采集单元采集舵机的力矩信息，并向第一放大单元输出与力矩信息对应的第一信号对，第一放大单元将第一信号对进行同向放大，得到第二信号对，第二放大单元将第二信号对进行差分放大，得到目标电信号，并将目标电信号发送给控制单元，控制单元根据目标电信号生成目标PWM信号，该目标PWM信号用于控制所述电机工作，进而控制舵机的力矩大小。从而避免了舵机在进行姿态变化过程中，出现动作不流畅、卡顿，或者出现较大的位置或角度误差等现象。

请参见图2，图2是本发明另一实施例提供的一种舵机装置的控制电路的结构示意图。如图2所示，与上述实施例不同之处在于，本实施例提供的一种舵机装置的控制电路100还包括：电压偏置单元50。具体地：

电压偏置单元50包括用于与第一放大单元10相连的电压控制端，电压偏置单元50用于控制第二信号对的电压值。

在本实施例中，第二信号对中的两路信号是分别通过两条传输链路进行传输的，因此电压偏置单元50通过电压控制端，控制其中一条传输链路上的信号电压值，进而实现对第二信号对的电压值的控制。

如图2所示，进一步地，作为本实施例一种可能实现的方式，舵机装置的控制电路100还包括：信号调制单元60。

信号调制单元60连接于第二放大单元30与控制单元40之间，用于控制目标电信号的电压值，并对目标电信号进行滤波。

在本实施例中，为了避免因为目标电信号的电压值过高，导致控制单元40无法正常工作，通过信号调制单元60对目标电信号进行滤波，以及电压值的控制，保证目标电信号准确程度，同时使其电压值能够被稳定在一区间范围内。

图3示出了本发明另一实施例提供的一种舵机装置的控制电路的具体结构示意图。如图3所示，作为本实施例一种可能实现的方式，信号调制单元60包括：电压调制单元61和滤波单元62。

电压调制单元61的调制端与滤波单元62的输入端共接第二放大单元30的输出端，滤波单元62的输出端与控制单元40的输入端相连。

在本实施例中，通过电压调制单元61的调制端输出电信号，并通过控制该电信号的大小，进而能够改变由第二放大单元30的输出端输出的目标电信号的电压值大小。滤波单元62接收目标电信号，并对该目标电信号进行滤波，进而将滤波后的目标电信号发送给控制单元40。

图4是本发明另一实施例提供的一种舵机装置的控制电路的具体电路图。如图4所示，作为本实施例一种可能实现的方式，第一放大单元10包括：第一放大器U1、第二放大器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6以及第七电阻R7。

如图4所示，作为本实施例一种可能实现的方式，第一电阻R1的第一端与第二电阻R2的第一端组成第一放大单元20的信号输入端(21、22)，用于接收第一信号对，第一电阻R1的第二端与第一放大器U1的第一输入端相连，第一放大器U1的输出端与第三电阻R3的第一端共接第六电阻R6的第一端，第三电阻R3的第二端与第一放大器U1的第二输入端共接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端与第二放大器U2的第二输入端共接第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端与第二放大器U2的输出端共接第七电阻R7的第一端，第六电阻R6的第二端与第七电阻R7的第二端组成第一放大单元20的信号输出端，用于发送第二信号对。

如图4所示，作为本实施例一种可能实现的方式，第二放大单元30包括：第三放大器U3、第八电阻R8以及第一电容C1。

如图4所示，第三放大器U3的第一输入端与第八电阻R8的第一端相连，形成第一节点，第一节点与第三放大器U3的第二输入端组成第二放大单元30的输入端，用于接收第二信号对，第八电阻R8的第二端与第三放大器U3的输出端共接第一电容C1的第一端，形成第二放大单元30的输出端，用于输出目标信号，第一电容C1的第二端接地。

如图4所示，作为本实施例一种可能实现的方式，电压偏置单元50包括：比较器U4、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11以及第十二电阻R12。

如图4所示，第九电阻R9的第一端为电压偏置单元50的电压控制端，第九电阻R9的第二端与第十电阻R10的第一端共接比较器U4的输出端，第十电阻R10的第二端与比较器U4的第一输入端相连，第十一电阻R11的第一端连接电源VDD，第十一电阻R11的第二端与第十二电阻R12的第一端共接比较器U4的第二输入端，第十二电阻R12的第二端接地。

需要说明的是，电源VDD通过第十一电阻R11与第十二电阻R12组成的电路，向比较器U4发送参考信号，使得比较器U4将第二信号对中的一路信号与参考信号进行比较后，向第一放大单元20与第二放大单元30相连的其中一个节点，输出用于控制第二信号对电压值大小的信号。

例如，在第二信号对的电压值为1.65V时，检测到的力矩信息的范围值最大，则电压偏置单元50将第二信号对的电压值置为1.65V。

如图4所示，作为本实施例一种可能实现的方式，电压调制单元61包括：稳压芯片D1。

如图4所示，稳压芯片D1的第一电源端接电源VDD，稳压芯片D1的第二电源端接地，稳压芯片D1的输出端为电压调制单元61的调制端。

可以理解的是，在本发明的所有实施例中，稳压芯片D1可以为肖特基二极管。

如图4所示，作为本实施例一种可能实现的方式，滤波单元62包括：第十三电阻R13和第二电容C2。

如图4所示，第十三电阻R13的第一端为滤波单元62的输入端，第十三电阻R13的第二端与第二电容C2的第一端共接，形成滤波单元62的输出端，第二电容C2的第二端接地。

以下结合图3和图4对本发明提供的一种舵机装置的控制电路100的工作原理进行详细说明。

如图3和图4所示，在电机120带动舵机110工作时，力矩信息采集单元10采集舵机110的力矩信息，并向第一放大单元20输出与力矩信息对应的第一信号对。

如图4所示，第一放大单元10通过信号输入端(21、22)接收该第一信号对，并将该第一信号对分别传输至第一放大器U1和第二放大器U2进行同向放大，得到第二信号对。第二信号对分别通过第六电阻R6的第二端与第七电阻R7的第二端发送给第二放大单元30。

如图4所示，电压偏置单元50通过第九电阻R9采集第二信号对中的其中一路电信号，并将其发送给比较器U4，通过比较器U4将该路电信号与参考信号进行比较，进而输出用于控制第二信号对电压值大小的信号。第二放大单元30中的第三放大器30对第二信号对进行差分放大，得到目标电信号，并将该目标电信号发送给电压调制单元61和滤波单元62。

如图4所示，稳压芯片D1根据电源VDD提供的电压，在与第三放大器U3的输出端相连的节点上输出用于调制目标电信号电压值的信号，使得目标电信号的电压值被控制在一定区间范围内，避免对控制单元40造成较大电压的冲击。目标电信号通过第十三电阻R13和第二电容C2组成的RC电路进行滤波后，由滤波单元62的输出端621发送给至控制单元40。控制单元40根据该目标电信号生成相应的目标PWM信号，电机120根据该目标PWM信号进行工作，能够准确地控制舵机110在执行下一动作时的力矩大小，也即能够在当前力矩的基础上，对舵机110进行力矩大小的控制，进而平滑地过度到下一动作。

上述方案中，通过力矩信息采集单元采集舵机的力矩信息，并向第一放大单元输出与力矩信息对应的第一信号对，第一放大单元将第一信号对进行同向放大，得到第二信号对，第二放大单元将第二信号对进行差分放大，得到目标电信号，并将目标电信号发送给控制单元，控制单元根据目标电信号生成目标PWM信号，该目标PWM信号用于控制所述电机工作，进而控制舵机的力矩大小。从而避免了舵机在进行姿态变化过程中，出现动作不流畅、卡顿，或者出现较大的位置或角度误差等现象。

通过信号调制单元控制目标电信号的电压值，并对目标电信号进行滤波，使得控制单元接收到的目标电信号更加稳定，提高了控制单元控制舵机工作的效率。

图5示出了本发明实施例提供的一种用于熔断熔丝的装置结构示意图。如图5所示，一种舵机装置200包括：舵机110和带动舵机110工作的电机120。

舵机装置200还包括上述实施例中的舵机装置的控制电路100。

可以理解的是，由于本实施例提供的一种舵机装置200与本发明相关的内容与实现方式在上述内容中已经详细描述，故此处不再赘述。

上述方案中，通过力矩信息采集单元采集舵机的力矩信息，并向第一放大单元输出与力矩信息对应的第一信号对，第一放大单元将第一信号对进行同向放大，得到第二信号对，第二放大单元将第二信号对进行差分放大，得到目标电信号，并将目标电信号发送给控制单元，控制单元根据目标电信号生成目标PWM信号，该目标PWM信号用于控制所述电机工作，进而控制舵机的力矩大小。从而避免了舵机在进行姿态变化过程中，出现动作不流畅、卡顿，或者出现较大的位置或角度误差等现象。

本发明实施例终端中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种舵机装置的控制电路，连接于舵机和带动所述舵机工作的电机之间，其特征在于，所述控制电路包括：

力矩信息采集单元，与所述舵机相连，用于采集所述舵机的力矩信息，并输出与所述力矩信息对应的第一信号对；

第一放大单元，与所述力矩信息采集单元相连，用于将所述第一信号对进行同向放大，得到第二信号对；

第二放大单元，与所述第一放大单元相连，用于将所述第二信号对进行差分放大，得到目标电信号，所述目标电信号用于反映舵机当前的力矩大小；

控制单元，连接于所述第二放大单元与所述电机之间，用于根据所述目标电信号生成目标PWM信号，所述目标PWM信号用于控制所述电机工作，进而控制所述舵机执行下一动作时的力矩大小；

电压偏置单元，所述电压偏置单元包括用于与所述第一放大单元相连的电压控制端，所述电压偏置单元用于控制所述第二信号对的电压值；

信号调制单元，所述信号调制单元连接于所述第二放大单元与所述控制单元之间，用于控制所述目标电信号的电压值，并对所述目标电信号进行滤波；

所述信号调制单元包括：电压调制单元和滤波单元，所述电压调制单元的调制端与所述滤波单元的输入端共接所述第二放大单元的输出端，所述滤波单元的输出端与所述控制单元的输入端相连；

所述电压偏置单元包括：比较器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻以及第十二电阻；

所述第九电阻的第一端为所述电压偏置单元的电压控制端，所述第九电阻的第二端与所述第十电阻的第一端共接所述比较器的输出端，所述第十电阻的第二端与所述比较器的第一输入端相连，所述第十一电阻的第一端连接电源，所述第十一电阻的第二端与所述第十二电阻的第一端共接所述比较器的第二输入端，所述第十二电阻的第二端接地；

所述滤波单元包括：第十三电阻和第二电容；

所述第十三电阻的第一端为所述滤波单元的输入端，所述第十三电阻的第二端与所述第二电容的第一端共接，形成所述滤波单元的输出端，所述第二电容的第二端接地。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第一放大单元包括：第一放大器、第二放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻以及第七电阻；

所述第一电阻的第一端与所述第二电阻的第一端组成所述第一放大单元的信号输入端，用于接收所述第一信号对，所述第一电阻的第二端与所述第一放大器的第一输入端相连，所述第一放大器的输出端与所述第三电阻的第一端共接所述第六电阻的第一端，所述第三电阻的第二端与所述第一放大器的第二输入端共接所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端与所述第二放大器的第二输入端共接所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端与所述第二放大器的输出端共接所述第七电阻的第一端，所述第六电阻的第二端与所述第七电阻的第二端组成所述第一放大单元的信号输出端，用于发送所述第二信号对。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第二放大单元包括：第三放大器、第八电阻以及第一电容；

所述第三放大器的第一输入端与所述第八电阻的第一端相连，形成第一节点，所述第一节点与所述第三放大器的第二输入端组成所述第二放大单元的输入端，用于接收所述第二信号对，所述第八电阻的第二端与所述第三放大器的输出端共接所述第一电容的第一端，形成所述第二放大单元的输出端，用于输出所述目标电信号，所述第一电容的第二端接地。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电压调制单元包括：稳压芯片；

所述稳压芯片的第一电源端接电源，所述稳压芯片的第二电源端接地，所述稳压芯片的输出端为所述电压调制单元的调制端。

5.一种舵机装置，包括舵机和带动所述舵机工作的电机，其特征在于，所述舵机装置还包括权利要求1至4任一项所述的舵机的控制电路。