CN109546808A - 一种舵机及用于减小舵机虚位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及舵机技术领域，提供了一种舵机及用于减小舵机虚位的方法中，第一编码器在舵机上电时获取齿轮组输出的位置信息，第二编码器获取电机轴的位置信息，控制模块接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息确定电机校准位置值，从而使得舵机可以避免在经过多个齿轮组转动后的输出轴作为参考位置，减小了齿轮组虚位产生的误差，解决了由于齿轮组之间的连接通常存在缝隙，从而导致几个齿轮组传动之后产生虚位，导致舵机传感器检测出的位置与理论的机械位置存在较大偏差的问题。

Description

一种舵机及用于减小舵机虚位的方法

技术领域

本申请涉及舵机装置技术领域，尤其涉及一种舵机及用于减小舵机虚位的方法。

背景技术

舵机作为一种控制动作、改变方向的重要构件，大量的应用于工业机械领域中，在对舵机的操作控制中，通常在舵机中的齿轮组输出轴进行监测以确认舵机的运行角度，即电机运行后，驱动齿轮组转动，通过几个齿轮组传动之后带动齿轮组输出轴转动，齿轮组输出轴上的传感器对转动角度进行监测，然后将转动的角度上传至上位机。

然而，由于齿轮组之间的连接通常存在缝隙，从而导致几个齿轮组传动之后产生虚位，导致舵机传感器检测出的位置与理论的机械位置存在较大偏差。

发明内容

本申请实施例提供一种舵机及用于减小舵机虚位的方法，旨在解决由于齿轮组之间的连接通常存在缝隙，从而使得几个齿轮组传动之后产生虚位，导致舵机传感器检测出的位置与理论的机械位置存在较大偏差的问题。

本申请实施例提供了一种舵机，包括齿轮组、齿轮组输出轴、电机以及电机轴，所述舵机还包括：

第一编码器，用于获取第一位置信息，所述第一位置信息包括所述舵机上电时所述齿轮组输出轴的角度位置值，所述第一编码器与所述齿轮组输出轴连接；

第二编码器，用于获取第二位置信息，所述第二位置信息包括所述电机轴的实时增量位置值，所述第二编码器与所述电机轴连接；以及

控制模块，用于接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息和所述第二位置信息确定电机校准位置值，所述控制模块分别与所述第一编码器以及所述第二编码器连接。

可选的，所述控制模块还用于接收上位机发送的目标位置信息，并根据所述目标位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴运动至目标位置。

可选的，所述第二编码器为增量编码器。

可选的，所述舵机还包括：

第一传感器，用于检测所述齿轮组输出轴的位置，并向所述第一编码器输出第一位置信息，所述第一传感器与所述齿轮组输出轴电性连接。

可选的，所述第一传感器为角度传感器。

可选的，所述舵机还包括：

第二传感器，用于检测所述电机轴的位置，并向所述第二编码器输出第二位置信息，所述第二传感器与所述电机轴电性连接。

本发明还提供了一种用于减小舵机虚位的方法，所述舵机包括齿轮组、齿轮组输出轴、电机以及电机轴，所述方法包括：

获取第一位置信息，所述第一位置信息包括所述舵机上电时所述齿轮组输出轴的角度位置值；

获取第二位置信息，所述第二位置信息包括所述电机轴的实时增量位置值；

接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息确定电机校准位置值。

可选的，所述方法还包括：

接收上位机发送的目标位置信息，并根据所述目标位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴转动至目标位置。

可选的，根据所述第一位置信息和所述第二位置信息确定电机校准位置值，包括：

将所述第一位置信息和所述第二位置信息通过预设的电机校准关系式生成电机校准位置值，所述预设的电机校准关系式为：

A0＝A2*K+A1；

其中，A0为电机轴的实时增量位置值，A2为齿轮组输出轴的角度位置值，K为舵机齿轮减速比，A1为电机校准位置值。

可选的，所述根据所述目标位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴运动至目标位置，包括：

根据所述目标位置信息生成增量角度位置信息；

并根据所述增量角度位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴运动至所述目标位置。

在本发明实施例提供的一种舵机及用于减小舵机虚位的方法中，第一编码器在舵机上电时获取齿轮组输出的位置信息，第二编码器获取电机轴的位置信息，控制模块接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息确定电机校准位置值，以达到在电机启动时对电机校准位置值的更新，电机校准位置值从而使得舵机可以避免在经过多个齿轮组转动后的输出轴作为参考位置，减小了齿轮组虚位产生的误差，解决了由于齿轮组之间的连接通常存在缝隙，从而导致几个齿轮组传动之后产生虚位，导致舵机传感器检测出的位置与理论的机械位置存在较大偏差的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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为本申请的一个实施例提供的舵机的结构示意图；

图2为本申请的另一个实施例提供的舵机的结构示意图；

图3为本申请的另一个实施例提供的舵机的结构示意图；

图4为本申请的另一个实施例提供的舵机的结构示意图；

图5和图6为本申请的另一个实施例提供的舵机的结构示意图；

图7为本申请的一个实施例提供的用于减小舵机虚位的方法的流程示意图；

图8为本申请的另一个实施例提供的用于减小舵机虚位的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

图1为本申请的一个实施例提供的舵机的结构示意图。本实施例提供了一种舵机，包括齿轮组10、齿轮组输出轴20、电机30以及电机轴40，所述舵机还包括：

第一编码器50，用于获取第一位置信息，所述第一位置信息包括所述舵机上电时所述齿轮组输出轴20的角度位置值，所述第一编码器50与所述齿轮组输出轴20连接；

第二编码器60，用于获取第二位置信息，所述第二位置信息包括所述电机轴40的实时增量位置值，所述第二编码器60与所述电机轴40连接；以及

控制模块70，用于接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息确定电机校准位置值，所述控制模块70分别与所述第一编码器50以及所述第二编码器60连接。

在本实施例中，第一编码器50记录舵机上电时对齿轮组输出轴20的位置，该位置可以为齿轮组输出轴20的角度位置，当舵机上电后，第二编码器60对电机轴40的实时增量位置进行记录，该位置可以为角度位置，在舵机上电后，电机30启动，带动电机轴40转动，电机轴40转动时带动齿轮组10进行转动，齿轮组10最后带动齿轮组输出轴转动。

在一个实施例中，通过记录舵机上电时齿轮组输出轴20的位置和电机轴40的位置，并将齿轮组输出轴20的位置和电机轴40的位置通过用户预先设置的齿轮组输出轴的位置与电机轴40的位置之间的关系式确定电机校准位置值，从而通过获取电机校准位置值对电机30的位置进行校准，即确定齿轮组输出轴的位置与电机轴40的位置之间的关系式，通过对电机30校准，可以直接对电机轴40的转动角度进行控制以控制齿轮组输出轴20的转动角度，避免舵机在上电后，电机30转动传导至齿轮组输出轴转动过程中由于连接缝隙产生的虚位误差。

在一个实施例中，所述控制模块70还用于接收上位机发送的目标位置信息，并根据所述目标位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴40运动至目标位置。

在一个实施例中，控制模块70可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

在一个实施例中，电机校准位置值可以为舵机上电时的电机30校准位置，该电机30校准位置在校准之后可以作为电机30的基准位置，不再改变，作为齿轮组输出轴的位置与电机轴40的位置之间的关系式中的常量，直到下次舵机上电后再次对电机30进行校准生成新的电机校准位置值。

在一个实施例中，控制模块70接收上位机发送的目标位置信息后，根据该目标位置信息以及通过电机校准位置值所确定的齿轮组输出轴的位置与电机轴40的位置之间的关系式确定电机轴40所要达到的目标位置，然后控制电机轴40运动到目标位置，该目标位置可以为电机轴40的增量角度位置，即控制模块70可以通过获取电机轴40的增量角度位置控制电机轴40转动预设的增量角度使得电机轴40转动到目标位置，该预设的增量角度可以通过上述齿轮组输出轴的位置与电机轴40的位置之间的关系式计算得到。

在一个实施例中，所述第二编码器60为增量编码器。增量编码器可以根据旋转运动产生信号，其刻度方式为每一个脉冲都进行增量计算。具体的，增量编码器可以直接利用光电转换输出三组方波脉冲A、B以及Z相，A、B两组脉冲相位差90度，以判断旋转方向，通过Z相以确定基准点定位。

在一个实施例中，控制模块70接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息确定电机校准位置值，具体的，将所述第一位置信息和所述第二位置信息通过预设的电机校准关系式生成电机校准位置值，所述预设的电机校准关系式为：

A0＝A2*K+A1；

其中，A0为电机轴的实时增量位置值，A2为齿轮组输出轴的角度位置值，K为舵机齿轮减速比，A1为电机校准位置值。

具体的，第一传感器在舵机上电时对齿轮组输出轴进行感应，并生成齿轮组输出轴20的位置信号发送至第一编码器，第一编码器记录齿轮组输出轴的角度位置值A2，第二编码器通过接收第二传感器的感应信号记录电机轴的实时增量位置值A0，舵机齿轮减速比K可以根据具体的齿轮组获得，将A2和A0代入预设的电机校准关系式中，可以计算得到电机校准位置值。

在一个实施例中，控制模块70在确定电机30校准位置后不再接收第一编码器50输出的第一位置信息，直到下次舵机上电时，接收第一编码器50输出的第一位置信息以及第二编码器60输出的第二位置信息生成对舵机位置进行校准的电机校准位置值。

图2为本发明的另一个实施例提供的舵机的结构示意图，如图2所示，在一个实施例中，所述舵机还包括：

第一传感器51，用于检测所述齿轮组输出轴20的位置，并向所述第一编码器50输出第一位置信息，所述第一传感器51与所述齿轮组输出轴20电性连接。

在一个实施例中，齿轮组输出轴20具有磁性，第一传感器51设于一PCB板上，其中，第一传感器51与齿轮组输出轴20电性连接，齿轮组输出轴20在转动过程中发生磁性转换，第一传感器51接收到感应信号，从而通过磁场感应对齿轮组输出轴20的实时位置进行检测。在一个实施例中，所述第一传感器51为角度传感器。本实施例中的角度传感器用于检测角度。

在一个实施例中，角度传感器感应到的齿轮组输出轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次，当在一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少，其中，计数与角度传感器的初始位置相关，通过对角度传感器进行初始化，其计数值被设置为0。

图3为本发明的另一个实施例提供的舵机的结构示意图。如图3所示，角度传感器设于一PCB板上，其中，角度传感器与齿轮组输出轴20设置的磁铁相对设置，当齿轮组输出轴20转动时，带动磁铁运动，从而产生磁场改变，对角度传感器进行感应，角度传感器将感应到的角度变化转换为电信号发送至第一编码器50。

参见图2，在一个实施例中，所述舵机还包括：

第二传感器61，用于检测所述电机轴40的位置，并向所述第二编码器60输出第二位置信息，所述第二传感器61与所述电机轴40电性连接。

在本实施例中，第二传感器61与电机轴40相对设置，其中，电机轴40由具有磁性的材料制备，当电机轴40转动时，产生磁场变化，从而使得第二传感器61接收到感应信号。

在一个实施例中，第二传感器61为角度传感器。本实施例中的角度传感器用于检测角度。

在一个实施例中，角度传感器感应到的齿轮组输出轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次，当在一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少，其中，计数与角度传感器的初始位置相关，通过对角度传感器进行初始化，其计数值被设置为0。

在一个实施例中，第二传感器61设于一PCB板上，其中，第二传感器61与电机轴40电性连接，电机轴40在转动过程中发生磁性转换，第二传感器61受到感应，从而通过磁场感应对齿轮组输出轴20的实时位置进行检测，并将感应的磁场变化转换为电信号发送至第二编码器60。

图4为本发明的另一个实施例提供的舵机的结构示意图。如图4所示，角度传感器设于一PCB板上，其中，角度传感器与电机轴40设置的磁铁相对设置，当电机轴40转动时，带动磁铁运动，从而产生磁场改变，对角度传感器进行感应，角度传感器将感应到的角度变化转换为电信号发送至第二编码器60。

图5和图6为本发明的另一个实施例提供的舵机的结构示意图。如图5和图6所示，第一传感器51设于第一PCB板11上，第二传感器61设于第二PCB板31上，其中，齿轮组输出轴20与第一传感器51相对设置，电机轴40与第二传感器61相对设置，控制模块70设于第二PCB上，第一传感器51将感应到的齿轮组输出轴20的位置变化转换为第一位置信息发送至第一编码器50，第二传感器61将感应到的电机轴40的位置变化转换为第二位置信息发送至第二编码器60，控制模块70接收第一编码器50输出的第一位置信息和第二编码器60输出的第二位置信息，以确定电机校准位置值。

在一个实施例中，本实施例提出了一种用于减小舵机虚位的方法，所述舵机包括齿轮组、齿轮组输出轴、电机以及电机轴，如图7所示，本实施例中的方法包括：

步骤S10：获取第一位置信息，所述第一位置信息包括所述舵机上电时所述齿轮组输出轴的角度位置值；

步骤S20：获取第二位置信息，所述第二位置信息包括所述电机轴的实时增量位置值；

步骤S30：接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息和所述第二位置信息确定电机校准位置值。

在本实施例中，第一编码器记录舵机上电时对齿轮组输出轴的位置，该位置可以为齿轮组输出轴的角度位置，当舵机上电后，第二编码器对电机轴的位置进行记录，该位置可以为角度位置，在舵机上电后，电机启动，带动电机轴转动，电机轴转动时带动齿轮组进行转动，齿轮组最后带动齿轮组输出轴转动。通过记录舵机上电时齿轮组输出轴的位置和电机轴的位置，可以通过获取电机校准位置值对电机的位置进行校准，即确定齿轮组输出轴的位置与电机轴的位置之间的关系式，通过对电机校准，可以避免舵机在上电后，电机转动传导至齿轮组输出轴转动过程中由于连接缝隙产生的虚位误差。

在一个实施例中，电机校准位置值可以为舵机上电时的电机校准位置，该电机校准位置在校准之后可以作为电机的基准位置，不再改变，作为齿轮组输出轴的位置与电机轴的位置之间的关系式中的常量，直到下次舵机上电后再次对电机进行校准生成新的电机校准位置值。

在一个实施例中，如图8所示，所述方法还包括：

步骤S40：接收上位机发送的目标位置信息，并根据所述目标位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴运动至目标位置。

在一个实施例中，控制模块接收上位机发送的目标位置信息后，根据该目标位置信息以及电机校准位置信息可以确定确定电机轴所要达到的目标位置，然后控制电机轴运动到目标位置，该目标位置可以为电机轴的增量角度位置，即控制模块可以通过获取电机轴的增量角度位置控制电机轴转动预设的增量角度使得电机轴转动到目标位置，该预设的增量角度可以通过上述齿轮组输出轴的位置与电机轴的位置之间的关系式计算得到。

在一个实施例中，控制模块接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息确定电机校准位置值，具体的，将所述第一位置信息和所述第二位置信息通过预设的电机校准关系式生成电机校准位置值，所述预设的电机校准关系式为：

A0＝A2*K+A1；

其中，A0为电机轴的实时增量位置值，A2为齿轮组输出轴的角度位置值，K为舵机齿轮减速比，A1为电机校准位置值。

具体的，第一传感器在舵机上电时对齿轮组输出轴进行感应，并生成齿轮组输出轴的位置信号发送至第一编码器，第一编码器记录齿轮组输出轴的角度位置值A2，第二编码器通过接收第二传感器的感应信号记录电机轴的实时增量位置值A0，舵机齿轮减速比K可以根据具体的齿轮组获得，将A2和A0代入预设的电机校准关系式中，可以计算得到电机校准位置值。

在一个实施例中，控制模块在确定电机校准位置后不再接收第一编码器输出的第一位置信息，直到下次舵机上电时，接收第一编码器输出的第一位置信息以及第二编码器输出的第二位置信息生成对舵机位置进行校准的电机校准位置值。

在一个实施例中，所述根据所述目标位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴运动至目标位置，包括：

根据所述目标位置信息生成增量角度位置信息；

并根据所述增量角度位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴运动至所述目标位置。

控制模块在接收目标位置信息后，在当前的电机校准的位置值的基础上确定增量角度位置信息，然后根据所述增量角度位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴运动至所述目标位置，该增量角度位置信息包括电机所需要转动的角度，例如，电机轴当前的角度为30度，目标位置信息中包括的目标位置为360度，此时，电机需要转动的角度即为330度，由此可以得到电机的增量角度位置信息。

在本发明实施例提供的一种舵机及用于减小舵机虚位的方法中，第一编码器在舵机上电时获取齿轮组输出的位置信息，第二编码器获取电机轴的位置信息，控制模块接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息以及预设的齿轮组输出轴与电机轴位置关系式确定电机校准位置值，以达到在电机启动时对电机校准位置值的更新，从而使得舵机可以避免在经过多个齿轮组转动后的输出轴作为参考位置，减小了齿轮组虚位产生的误差，解决了由于齿轮组之间的连接通常存在缝隙，从而导致几个齿轮组传动之后产生虚位，导致舵机传感器检测出的位置与理论的机械位置存在较大偏差的问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种舵机，包括齿轮组、齿轮组输出轴、电机以及电机轴，其特征在于，所述舵机还包括：

第一编码器，用于获取第一位置信息，所述第一位置信息包括所述舵机上电时所述齿轮组输出轴的角度位置值，所述第一编码器与所述齿轮组输出轴连接；

第二编码器，用于获取第二位置信息，所述第二位置信息包括所述电机轴的实时增量位置值，所述第二编码器与所述电机轴连接；以及

控制模块，用于接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息和所述第二位置信息确定电机校准位置值，所述控制模块分别与所述第一编码器以及所述第二编码器连接。

2.如权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述控制模块还用于接收上位机发送的目标位置信息，并根据所述目标位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴运动至目标位置。

3.如权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述第二编码器为增量编码器。

4.如权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述舵机还包括：

第一传感器，用于检测所述齿轮组输出轴的位置，并向所述第一编码器发送所述第一位置信息，所述第一传感器与所述齿轮组输出轴电性连接。

5.如权利要求4所述的舵机，其特征在于，所述第一传感器为角度传感器。

6.如权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述舵机还包括：

第二传感器，用于检测所述电机轴的位置，并向所述第二编码器发送所述第二位置信息，所述第二传感器与所述电机轴电性连接。

7.一种用于减小舵机虚位的方法，所述舵机包括齿轮组、齿轮组输出轴、电机以及电机轴，其特征在于，所述方法包括：

获取第一位置信息，所述第一位置信息包括所述舵机上电时所述齿轮组输出轴的角度位置值；

获取第二位置信息，所述第二位置信息包括所述电机轴的实时增量位置值；

接收所述第一位置信息和所述第二位置信息，并根据所述第一位置信息、所述第二位置信息确定电机校准位置值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收上位机发送的目标位置信息，并根据所述目标位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴转动至目标位置。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述第一位置信息和所述第二位置信息确定电机校准位置值，包括：

将所述第一位置信息和所述第二位置信息通过预设的电机校准关系式生成电机校准位置值，所述预设的电机校准关系式为：

A0＝A2*K+A1；

其中，A0为电机轴的实时增量位置值，A2为齿轮组输出轴的角度位置值，K为舵机齿轮减速比，A1为电机校准位置值。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴运动至目标位置，包括：

根据所述目标位置信息生成增量角度位置信息；

并根据所述增量角度位置信息以及所述电机校准位置值控制所述电机轴运动至所述目标位置。