CN111865155A - 一种模块化伺服舵机装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化伺服舵机装置及系统，包括电控组件及电机，电控组件包括若干电路板，若干电路板包括信号转接板、控制板、驱动板、编码板以及电源板，信号转接板、控制板、驱动板、编码板以及电源板每一电路板至少包括电源接口模块和通信接口模块，且每一电路板彼此之间层叠设置，电气互通连接，通过将伺服舵机系统拆分成多个电路板，每一电路板至少包括电源接口模块和通信接口模块，各个电路板可通过相应的接口模块进行灵活的拼接或拆卸，使得可以根据不同的应用需求，仅设计或者变更伺服舵机系统中的相应的电路或者功能模块和接口模块，减少开发和维修陈本，提高伺服舵机系统的灵活性和性价比。

Description

一种模块化伺服舵机装置及系统

技术领域

本发明属于伺服控制技术领域，具体涉一种模块化伺服舵机装置及系统。

背景技术

舵机，又叫伺服马达，是一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统，由于其转子转速受输入信号控制，并能快速反应，且具有机电时间常数小、线性度高、能源简单、结构简单、体积小、可靠性高以及成本低等特点，可以满足各种伺服传动装置的性能要求，现已成功应用于多种类型的伺服机构中。

伺服传动电子设计部分是电动伺服系统的重要组成部分，为伺服系统的控制机构，精确控制伺服系统运动，以实现对伺服机构运动的控制。伺服传动电子设计部分直接影响伺服系统系统的控制精度和应用场合。目前，传统普遍的伺服舵机(或伺服)系统，通常将电子设计汇集于一张PCB(Printed Circuit Board)，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，一旦设计和安装工艺完成确定后，导致不同的应用场合，需要全新的开发伺服舵机(或伺服)系统的电子设计部分，以便满足应用需求，极大的提高了伺服舵机(或伺服)系统的开发生产费用，不利于伺服舵机(或伺服)系统适应于不用应用场景的灵活性要求，不利于伺服舵机(或伺服)系统的维护。

因此，需要寻求一种灵活的开发方案，增加伺服舵机(或伺服)系统设计的灵活性，使其在不同的应用场合，不需要开发全新产品或者进行全体电子设计，即可满足不同应用场合的灵活方案。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种模块化伺服舵机装置，旨在解决传统的技术方案中存在的伺服舵机(或伺服)系统的电子设计汇集于一张电路板，导致不同的应用场合，需要全新的开发伺服舵机(或伺服)系统，极大的提高了伺服舵机(或伺服)系统的开发生产费用，不利于伺服舵机(或伺服)系统适应于不同应用场景的灵活性要求，不利于伺服舵机(或伺服)系统的维护的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种模块化伺服舵机装置，所述模块化伺服舵机装置包括电控组件及电机，所述电控组件包括若干电路板，所述若干电路板包括信号转接板、控制板、驱动板、编码板以及电源板，所述信号转接板、所述控制板、所述驱动板、所述编码板及所述电源板每一电路板至少包括电源接口模块和通信接口模块，且所述每一电路板彼此之间层叠设置，电气互通连接。

在其中一个实施例中，所述信号转接板包括：

用于连接所述电源板和外部电源的电源转接接口模块。

用于传输工作指令信号的通信转接接口模块。

在其中一个实施例中，所述电源板包括：

用于根据所述每一电路板所需要的电源信号以转换生成对应的工作电源的电源模块。

与所述电源模块连接，用于与所述信号转接板的电源转接接口模块相连的第一电源接口模块。以及

与所述电源模块和所述每一电路板连接，用于传输所述工作电源的第二电源接口模块。

在其中一个实施例中，所述控制板包括：

与所述通信转接接口模块连接，用于传输所述工作指令信号的通信控制接口模块。

与所述第二电源接口模块连接，用于传输所述工作电源的电源控制接口模块。

与所述驱动板连接，用于采集所述驱动板输出的驱动信号，并将经所述控制板校正后输出的控制信号传输给所述驱动板的驱动控制接口模块。

与所述编码板连接，用于接收所述编码板检测所述电机的位置生成的位置信号的位置检测接口模块。以及

与所述通信控制接口模块、所述电源控制接口模块、所述驱动控制接口模块以及所述位置检测接口模块连接，用于根据所述工作指令信号、所述工作电源、所述驱动信号以及所述位置信号输出所述控制信号的控制模块。

在其中一个实施例中，所述驱动板包括：

用于根据所述控制信号生成所述驱动信号以驱动所述电机转动的驱动模块。

与所述驱动控制接口模块和所述驱动模块连接，用于接收所述控制板输出的所述控制信号并传输给所述驱动模块的驱动输入接口模块。

与所述第二电源接口模块和所述驱动模块连接，用于接收所述工作电源的电源驱动接口模块。以及

与所述驱动模块和所述电机连接，用于将所述驱动信号输出给所述电机并将所述驱动信号反馈给所述驱动控制接口模块的驱动输出接口模块。

在其中一个实施例中，所述编码板包括：

用于检测所述电机的输出角度以生成所述位置信号的编码模块。

与所述位置检测接口模块和所述编码模块连接，用于传输所述位置信号至所述控制板的位置反馈接口模块。以及

与所述第二电源接口模块和所述编码模块连接，用于接收所述工作电源的电源编码接口模块。

在其中一个实施例中，所述信号转接板、所述控制板、所述驱动板、所述编码板以及所述电源板中的各接口模块均包括排针/排母、板对板连接器或者磁吸连接器中的至少一种，相邻的两电路板之间通过排针/排母、板对板连接器或者磁吸连接器中的至少一种方式连接。

在其中一个实施例中，所述编码模块为电位器或磁编码器。

在其中一个实施例中，所述电源模块包括：

用于根据所述外部电源以生成第一电源的第一电源转换单元。

与所述第一电源转换单元连接，用于根据所述第一电源以生成第二电源的第二电源转换单元。

与所述第二电源转换单元连接，用于根据所述第二电源以生成第三电源的第三电源转换单元。

与所述第三电源转换单元连接，用于根据所述第二电源以生成第四电源的第四电源转换单元。

所述工作电源包括所述第一电源、所述第二电源、所述第三电源以及所述第四电源中的一种或多种。

本发明实施例的第二方面提供了一种模块化伺服舵机系统，所述模块化伺服舵机系统包括电机变速器和上述所述的模块化伺服舵机装置。

本发明实施例通过将伺服舵机系统的电控组件拆分成包括信号转接板、控制板、驱动板、编码板和以及电源板的若干电路板，每一电路板至少包括电源接口模块和通信接口模块，使得各个电路板可通过相应的接口模块进行灵活的拼接或拆卸，使得伺服舵机系统可以根据不同的应用场合的需求，仅设计系统中的相应的电路板，或者变更相应的电路板甚至变更电路板中的相应功能模块和/或接口模块；或者需要维修时仅更换需要维修的电路板，即可满足不同应用场合的设计需求和维修更换需求，极大的提高伺服舵机系统的灵活性，大大的减少了开发生产不同伺服舵机系统的电子设计以满足不同应用要求的成本，减少了维护成本，提升了伺服舵机系统的灵活性和性价比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种模块化伺服舵机装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种模块化伺服舵机装置的另一结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种模块化伺服舵机装置的电源模块的电路原理示意图；

图4为本发明一实施例提供的一种模块化伺服舵机装置的控制板的电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种模块化伺服舵机装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

一种模块化伺服舵机装置包括电控组件及电机6，电控组件包括若干电路板，若干电路板包括信号转接板1、控制板2、驱动板3、编码板4以及电源板5，信号转接板1、控制板2、驱动板3、编码板4以及电源板5每一电路板至少包括电源接口模块和通信接口模块，且每一电路板彼此之间层叠设置，电气互通连接。

本发明实施例通过将伺服舵机系统的电控组件拆分成包括信号转接板、控制板、驱动板、编码板和以及电源板的若干电路板，每一电路板至少包括电源接口模块和通信接口模块，各个电路板可通过相应的接口模块进行灵活的拼接或拆卸，使得伺服舵机系统可以根据不同的应用场合的需求，仅设计系统中的相应的电路板，或者变更相应的电路板甚至变更电路板中的相应功能模块和/或接口模块；或者需要维修时仅更换需要维修的电路板，即可满足不同应用场合的设计需求和维修更换需求，极大的提高伺服舵机系统的灵活性，大大的减少了开发生产不同伺服舵机系统的电子设计以满足不同应用要求的成本，减少了维护成本，提升了伺服舵机系统的灵活性和性价比。

请参阅图1，在其中一个实施例中，信号转接板1包括通信转接接口模块11和电源转接接口模块12。

通信转接接口模块11用于传输工作指令信号。电源转接接口模块12用于将电源板5连接外部电源。

具体实施中，信号转接板1可以用于各个电路板间的信号转接或者电源转接，也可以用于同一个电路板中各个功能模块或者单元之间的信号转接或者电源转接。

请参阅图1，在其中一个实施例中，电源板5包括电源模块51、第一电源接口模块52以及第二电源接口模块53。

电源模块51用于根据每一电路板所需要的电源信号以转换生成对应的工作电源。第一电源接口模块52与电源模块51连接，用于与信号转接板1的电源转接接口模块12相连。第二电源接口模块53与电源模块51以及每一电路板连接，用于传输工作电源。

具体实施中，工作电源包括但不限于第一电源、第二电源、第三电源以及第四电源中的一种或多种。

第一电源接口模块52与信号转接板1的电源转接接口模块12连接，它将外部电源传输给电源模块51，电源模块51根据每一电路板所需的电源信号对外部电源进行转换生成对应的工作电源。

请参阅图1，在其中一个实施例中，控制板2包括控制模块21、电源控制接口模块22、通信控制接口模块23、驱动控制接口模块24以及位置检测接口模块25。

通信控制接口模块23与通信转接接口模块11连接，用于传输工作指令信号。电源控制接口模块22与第二电源接口模块53连接，用于传输工作电源。驱动控制接口模块24与驱动板3连接，用于采集驱动板3输出的驱动信号，并将经控制板2校正后输出的控制信号传输给驱动板3。位置检测接口模块25与编码板4连接，用于接收编码板4检测到的电机6的位置信号。控制模块21与通信控制接口模块23、电源控制接口模块22、驱动控制接口模块24以及位置检测接口模块25连接，用于根据工作指令信号、工作电源、驱动信号以及位置信号输出控制信号。

具体实施中，电源控制接口模块22具体用于传输工作电源。控制模块21根据工作指令信号、工作电源、驱动信号以及位置信号生成控制信号，根据电机6的实时位置信息不调整断校正控制信号，控制驱动模块31生成驱动信号驱动电机6准确高效转动。

请参阅图1，在其中一个实施例中，驱动板3包括驱动模块31、驱动输入接口模块32、驱动输出接口模块33以及电源驱动接口模块34。

驱动模块31用于根据控制信号生成驱动信号以驱动电机6转动。驱动输入接口模块32与驱动控制接口模块24和驱动模块31连接，用于接收控制板2输出的控制信号并传输给驱动模块31。电源驱动接口模块34与第二电源接口模块53和驱动模块31连接，用于接收工作电源。驱动输出接口模块33与驱动模块31和电机6连接，用于将驱动信号输出给电机6并将驱动信号反馈给驱动控制接口模块24。

具体实施中，电源驱动接口模块34具体用于接收驱动模块31所需的工作电源。驱动模块31根据控制信号把电机6的母线的电能进行逆变以生成驱动信号，进而驱动电机6转动。可选的，控制模块21包括电流采集单元，所述控制模块21通过电流采集单元获取驱动信号中的电流，驱动信号包括电流。控制模块21根据电流采集单元采集得到的电流校正驱动控制接口模块24输出至驱动模块31的控制信号。

请参阅图1，在其中一个实施例中，编码板4包括编码模块41、位置反馈接口模块42以及电源编码接口模块43。

编码模块41与电机6连接，用于检测电机的输出角度以生成位置信号。位置反馈接口模块42与位置检测接口模块25和编码模块41连接，用于传输位置信号至控制板2。电源编码接口模块43与第二电源接口模块53和编码模块41连接，用于接收工作电源。

具体实施中，编码模块41为电位器或磁编码器。电位器是一种阻值可按某种变化规律调节的电阻元件，当其沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压，当编码模块41为电位器时，与电机6是线连接，检测电机输出角度等位移量。磁编码器可将电信号或数据转换成为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码模块41为是磁编码器时，与电机6无物理连接，通过磁性检测的方式检测电机6的输出角度。电源编码接口模块43用于接收编码板4的工作电源。

具体实施中，在电机6转动的过程中，编码模块41实时的检测电机6的工作状态，把电机6的位置信息(包括电机输出角度和输出轴位置信息)反馈给控制模块21，其中，电机6的位置信息包含在位置信号中。控制模块21根据得到的位置信号进行速度环和位置环的算法控制，控制模块21综合电流环、速度环以及位置环的算法控制以及工作指令信号，实时调整校正所生成的控制信号并输出给驱动模块31以驱动电机6的准确高效运行。

以上实施例通过将伺服舵机系统拆分成信号转接板、控制板、驱动板、编码板和以及电源板，各个电路板包括相应的功能模块和接口模块，且各个电路板可通过相应的接口模块进行灵活的拼接或拆卸，使得伺服舵机系统可以根据不同的应用场合的需求，仅设计系统中的相应的电路板，进而变更相应的电路板或者电路板中的相应的功能模块和接口模块，或者需要维修时仅更换需要维修的电路板，例如控制板，即可满足不同应用场合的设计需求和维修更换需求，极大的提高伺服舵机系统的灵活性，大大的减少了开发生产不同伺服舵机系统的电子设计以满足不同应用要求的成本，减少了维护成本，提升了伺服舵机系统的灵活性和性价比。

在其中一个实施例中，信号转接板1、控制板2、驱动板3、编码板4以及电源板5中的各接口模块均包括排针、排母、板对板连接器或者磁吸连接器中的至少一种。

相邻的两电路板之间通过排针/排母、板对板连接器或者磁吸连接器中的至少一种方式连接。

通过排针、排母、板对板连接器或者磁吸连接器中的至少一种作为电源以及信号等的转接与传输通道，使得伺服舵机系统的电子设计可拆分为不同的电路板，例如信号转接板1、控制板2、驱动板3、编码板4以及电源板5。由于各个电路板可通过相应的接口模块进行灵活的拼接或拆卸，因此伺服舵机系统的电子设计可以根据不同的应用场合的需求，仅设计伺服舵机系统中的相应的电路板，进而变更相应的电路板，而不需要重新整体设计伺服舵机系统的电子设计，即可满足不同应用场合的使用需求；或者当某个电路板或者功能模块(例如控制模块21、驱动模块31以及编码模块41)需要维修时，可快速的更换(替换、增加或减少)相应的电路板，即可满足不同应用场合的应用需求，极大的提高伺服舵机系统的灵活性，大大的减少了开发生产不同电子设计以满足不同应用要求的成本，同时降低了维护成本，提升了伺服舵机系统的性价比。

具体实施中，信号转接板1通过通信转接接口模块11实现与外部通讯。通信转接接口模块11可接收来自外部的数字量、模拟量和通信信号等。通信转接接口模块11包括EtherCAT通信接口、CAN通信接口、RS485通信接口、RS422通信接口以及RS232通信接口中的至少一种。外部电源通过电源转接接口模块12传输给电源板5。由电源板5中的电源模块51根据外部电源生成工作电源，为各电路板中的功能模块提供所需的工作电源。实现应用不同的接口模块以适应不同应用场合和接入不同的信号(比如工作指令信号和外部电源等)，且可以满足多种形式通信信号的转接。使得能够实现所有的对外接口均可以通过信号转接板1进行选择和更换。

请参阅图2，在一实施例中，电源模块51包括第一电源转换单元511、第二电源转换单元512、第三电源转换单元513以及第四电源转换单元514。

第一电源转换单元511用于根据外部电源以生成第一电源。

第二电源转换单元512，与第一电源转换单元511连接，用于根据第一电源以生成第二电源。第三电源转换单元513，与第二电源转换单元512连接，用于根据第二电源以生成第三电源。第四电源转换单元514，与第三电源转换单元513连接，用于根据第二电源以生成第四电源。工作电源包括第一电源、第二电源、第三电源以及第四电源中的一种或多种。

具体实施中，电源模块51可根据外部电源和舵机系统的实际电源规格需求生成第一电源、第二电源、第三电源、第四电源中的一种或多种。

请参阅图3，具体实施中，第一电源转换单元511包括第一电源转换芯片U3，第一电源转换芯片U3用于根据外部电源VCC以生成第一电源VCC15V。第二电源转换单元512包括第二电源转换芯片U4，第二电源转换芯片U4用于根据第一电源VCC15V以生成第二电源VCC5V。第三电源转换单元513包括第三电源转换芯片U5，第三电源转换芯片U5用于根据第二电源VCC5V以生成第三电源VCC3.3V。第四电源转换单元514包括第三电源转换芯片U6，第四电源转换芯片U6用于根据第二电源VCC5V以生成第四电源VCC1.8V。

第一电源VCC15V、第二电源VCC5V、第三电源VCC3.3V以及第四电源VCC1.8V通过排母J7引出并进行转接，为控制板2的控制模块21和驱动板3的驱动模块31以及编码板4的编码模块41提供工作电源。其中，控制模块21和驱动模块31以及编码模块41所需的工作电源的电压值大小根据具体使用情况而定，可以相同也可以不同。第一电源、第二电源、第三电源以及第四电源包括但不限于以上四种(15V、5V、3.3V以及1.8V)，具体可以结合实际所需电源规格进行设计，例如当控制模块21采用某些DSP芯片的时候，需要的供电电源为3.3V和1.8V，而某些DSP芯片需要的供电电源则为3.3V和1.2V。

具体实施中，当外部供电电压发生变化，即外部电源发生变化时，对电源模块51的电源转换芯片(第一电源转换芯片U3、第二电源转换芯片U4、第三电源转换芯片U5、第四电源转换芯片U6，在本实施例中主要指第一电源转换芯片U3)的耐压值要求也发生改变，可通过重新设计或者更换携带不同电源转换芯片的电源板，使得电源板能够适应各种应用场合的供电需求，例如，当外部电源是12V，那么电源模块51需要根据12V电源转换为各功能模块所需的工作电源；当外部电源是24V，那么电源模块51需要根据24V电源转换为各功能模块所需的工作电源；当外部电源是36V，那么电源模块51需要根据36V电源转换为各功能模块所需的工作电源。再例如，当各个功能模块的所需的工作电源发生变化，也可通过将电源模块51调整为对应的用电方案，再通过各电路板的接口模块电连接到各功能模块，以满足不同的用电需求。电源转换芯片的个数也可根据实际所需的工作电源数量进行增减等调整。

可见，不同的应用场合，当用电需求或者供电状态发生改变，只需要将电源模块51调整为对应用电方案，再通过各电路板的接口模块连接到各功能模块，就可以满足不同的应用场合的需求，而又不至于造成资源太大的浪费，也不需要重新开发设计整个电路方案，极大的提高伺服舵机系统的灵活性，大大的减少了开发生产不同电子设计以满足不同应用要求的成本，减少了维护成本，提升了伺服舵机系统的灵活性和性价比。

具体实施中，可选的外部电源VCC传输给第一电源转换芯片U3进行电压转换之前先经过滤波电容(第一电容C1、第二电容C2以及第三电容C3)进行滤波处理；第一电源15V在传输给第二电源转换芯片U4前先经过滤波电容(第八电容C8、第九电容C9)进行滤波处理；第二电源15V在传输给第三电源转换芯片U5前先经过滤波电容(第十二电容C12、第十三电容C13)进行滤波处理；第二电源15V在传输给第四电源转换芯片U6前先经过滤波电容(第十六电容C16、第十七电容C17)进行滤波处理，以获得相稳定低噪声干扰的直流电源(第一电源VCC15V、第二电源VCC5V、第三电源VCC3.3V以及第四电源VCC1.8V)。另外生成第一电源15V之后也可经过电感L1、第六电容C6以及第七电容C7进行滤波降噪处理再输出进行下一阶段的电源转换处理。同理，第二电源5V、第三电源3.3V以及第四电源1.8V也是也可经过电容滤波之后再进行输出。对电源进行转换前和转换后的滤波降噪处理，可以使得电源在传输和转换过程中，降低其产生的损耗和辐射干扰，使得能够获得稳定优质的工作电源。

请参阅图4，在一实施例中，控制模块21包括微处理器U2。

微处理器U2的第一组通用数据输入输出端构成为控制模块21的工作指令信号输入端。

其中，微处理器U2的第一通用数据输入输出端GPIO0、微处理器U2的第二通用数据输入输出端GPIO2、微处理器U2的第三通用数据输入输出端GPIO4、微处理器U2的第四通用数据输入输出端GPIO29、微处理器U2的第五通用数据输入输出端GPIO30以及微处理器U2的第六通用数据输入输出端GPIO31共同构成微处理器U2的第一组通用数据输入输出端。

微处理器U2的电源端VDD构成为控制模块21的工作电源输入端。

微处理器U2的第二组通用数据输入输出端构成为控制模块21的控制信号输出端和控制模块21的电流信号输入端。

其中，微处理器U2的第七通用数据输入输出端GPIO1、微处理器U2的第八通用数据输入输出端GPIO3、微处理器U2的第九通用数据输入输出端GPIO5、微处理器U2的第十通用数据输入输出端GPIO6、微处理器U2的第十一通用数据输入输出端GPIO7以及微处理器U2的第十二通用数据输入输出端GPIO36共同构成微处理器U2的第二组通用数据输入输出端。

微处理器U2的第三组通用数据输入输出端构成为控制模块21的位置信号输入端。

其中，微处理器U2的第十三通用数据输入输出端GPIO16、微处理器U2的第十四通用数据输入输出端GPIO17、微处理器U2的第十五通用数据输入输出端GPIO18、微处理器U2的第十六通用数据输入输出端GPIO19、微处理器U2的第十七通用数据输入输出端GPIO20、微处理器U2的第十八通用数据输入输出端GPIO21以及微处理器U2的第十九通用数据输入输出端GPIO34共同构成微处理器U2的第三组通用数据输入输出端。

具体实施中，请参阅图4，通信控制接口模块23包括排母J8，电源控制接口单元22包括排母J10，驱动控制接口单元24包括排母J11，位置检测接口模块25包括排母U1。工作指令信号通过排母J8和微处理器U2的第一组通用数据输入输出端传输给微处理器U2。控制信号经微处理器U2的第二组通用数据输入输出端和排母J11传输给驱动模块31。位置信号经微处理器U2的第三通用数据输入输出端和排母U1传输给微处理器U2。使得微处理器U2能够根据其工作电源对驱动信号进行电流环的算法控制，对位置信号进行速度环和位置环的算法控制，进而根据工作指令信号综合电流环和速度环以及位置环进行算法控制以实时调整校正所生成的控制信号，控制驱动模块31驱动电机6准确高效的转动。

可选的，微处理器U2的第一组通用数据输入输出端还可用于传输通信方式的指示信号，例如当采用控制器局域网络CAN(Controller Area Network)通信方式时，微处理器U2可以生第一显示信号，控制发光二极管发出红色光进行指示；当采用EtherCAT(以太网控制自动化技术)通信方式时，微处理器U2可以生成第二显示信号，控制发光二极管发黄色光进行指示。

控制板2的工作电源可以为15V、5V、3.3V以及1.8V中的一种或多种，或者为其他类型的电源，具体可以根据实际使用需求而定。微处理器U2的电源端VDD与排母J10的VCC端连接，控制板2的工作电源经排母J10和微处理器U2的电源端VDD传输给微处理器U2。这种控制板2的工作电源由电源模块51生成并直接输出给微处理器U2供电的方式，使得控制板2的工作电源的损耗小，产生的辐射干扰小。

具体实施中，微处理器U2包括DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理技术)芯片、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片、ARM(Advanced RISC Machine)芯片等。只需根据控制要求设计控制模块21及对应的控制板2，并通过控制板2的相关接口模块，将控制模块21连接至整个伺服舵机控制系统，例如，微处理器U2采用DSP芯片作为主控芯片，当某种应用场合，对控制算法的性能要求进一步提高，可将主控芯片更换为ARM芯片，从而构成符合应用算法需求的控制模块21及对应的控制板2；再例如，当某种应用场合，对信号速度有进一步提高的需求，那么可将主控芯片更换为FPGA芯片，从而构成符合速度需求的控制模块21及对应的控制板2。实现根据不同的应用需求，仅更换调整控制模块21或者对应控制板2，可以保持其他电路板不改变，从而缩短开发周期。避免整体设计或者整体更换电子设计，提高设计效率同时还节约成本。

在其中一个实施例中，通信控制接口模块23还用于转接驱动板3的工作电源。

驱动控制接口模块24还用于转接驱动板3的工作电源。

具体实施中，可在通信控制接口模块23中增加多个接口的排母，例如6个接口的排母，在驱动控制接口单元24也设置多个接口的排母，控制板2的工作电源除了可以从电源控制接口模块22转接给微处理器U2，还可以通过通信控制接口模块23中增加的排母进行转接传输给微处理器U2。驱动板3的工作电源可以经电源驱动接口模块34直接从电源板5传输给驱动模块31，驱动板3的工作电源还可以通过通信控制接口模块23和驱动控制接口模块24以及驱动输入接口模块32进行转接传输给驱动模块31。驱动板3的工作电源通过控制板2进行转接，再传输给驱动模块31，这种电源传输方式接线方便，节省电路板空间。

具体实施中，在信号转接板1、控制板2、驱动板3、编码板4以及电源板5的各接口模块设计中，当信号频率高于10KHz时，可在传输高频率信号的接口引脚，连接电容或者电容群进行噪声抑制，具体为，电容或者电容群的一端与传输高频率信号的接口引脚连接，另一端与电源地连接，实现信号传输过程中的辐射干扰抑制。

本发明实施例的第二方面提供了一种模块化伺服舵机系统，包括电机变速器和上述所述的模块化伺服舵机装置。

本实施例通过将伺服舵机系统根据实际需要拆分成括信号转接板、控制板、驱动板、编码板和以及电源板的若干电路板，并在各个电路板设计接口模块，由于各个电路板可通过相应的接口模块进行灵活的拼接或拆卸，使得伺服舵机系统可以根据不同的应用场合的需求，仅设计系统中的相应的电路板，或者需要维修时仅更换需要维修的电路板，即可满足不同应用场合的设计需求和维修更换需求，极大的提高伺服舵机系统的灵活性，大大的减少了开发与生产不同伺服舵机系统以满足不同应用要求的周期与成本，降低了维护成本，提升了伺服舵机系统的灵活性和性价比。

在本文对各种器件、电路、装置、系统和/或方法描述了各种实施方式。阐述了很多特定的细节以提供对如在说明书中描述的和在附图中示出的实施方式的总结构、功能、制造和使用的彻底理解。然而本领域中的技术人员将理解，实施方式可在没有这样的特定细节的情况下被实施。在其它实例中，详细描述了公知的操作、部件和元件，以免使在说明书中的实施方式难以理解。本领域中的技术人员将理解，在本文和所示的实施方式是非限制性例子，且因此可认识到，在本文公开的特定的结构和功能细节可以是代表性的且并不一定限制实施方式的范围。

在整个说明书中对“各种实施方式”、“在实施方式中”、“一个实施方式”或“实施方式”等的引用意为关于实施方式所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个实施方式中。因此，短语“在各种实施方式中”、“在一些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在实施方式中”等在整个说明书中的适当地方的出现并不一定都指同一实施方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施方式中以任何适当的方式组合。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模块化伺服舵机装置，包括电控组件及电机，所述电控组件包括若干电路板，其特征在于，所述若干电路板包括信号转接板、控制板、驱动板、编码板以及电源板，所述信号转接板、所述控制板、所述驱动板、所述编码板以及所述电源板每一电路板至少包括电源接口模块和通信接口模块，且所述每一电路板彼此之间层叠设置，电气互通连接。

2.如权利要求1所述的模块化伺服舵机装置，其特征在于，所述信号转接板包括：

用于连接所述电源板和外部电源的电源转接接口模块；

用于传输工作指令信号的通信转接接口模块。

3.如权利要求2所述的模块化伺服舵机装置，其特征在于，所述电源板包括：

用于根据所述每一电路板所需要的电源信号以转换生成对应的工作电源的电源模块；

与所述电源模块连接，用于与所述信号转接板的电源转接接口模块相连的第一电源接口模块；以及

与所述电源模块和所述每一电路板连接，用于传输所述工作电源的第二电源接口模块。

4.如权利要求3所述的模块化伺服舵机装置，其特征在于，所述控制板包括：

与所述通信转接接口模块连接，用于传输所述工作指令信号的通信控制接口模块；

与所述第二电源接口模块连接，用于传输所述工作电源的电源控制接口模块；

与所述驱动板连接，用于采集所述驱动板输出的驱动信号，并将经所述控制板校正后输出的控制信号传输给所述驱动板的驱动控制接口模块；

与所述编码板连接，用于接收所述编码板检测所述电机的位置生成的位置信号的位置检测接口模块；以及

与所述通信控制接口模块、所述电源控制接口模块、所述驱动控制接口模块以及所述位置检测接口模块连接，用于根据所述工作指令信号、所述工作电源、所述驱动信号以及所述位置信号输出所述控制信号的控制模块。

5.如权利要求4所述的模块化伺服舵机装置，其特征在于，所述驱动板包括：

用于根据所述控制信号生成所述驱动信号以驱动所述电机转动的驱动模块；

与所述驱动控制接口模块和所述驱动模块连接，用于接收所述控制板输出的所述控制信号并传输给所述驱动模块的驱动输入接口模块；

与所述第二电源接口模块和所述驱动模块连接，用于接收所述工作电源的电源驱动接口模块；以及

与所述驱动模块和所述电机连接，用于将所述驱动信号输出给所述电机并将所述驱动信号反馈给所述驱动控制接口模块的驱动输出接口模块。

6.如权利要求5所述的模块化伺服舵机装置，其特征在于，所述编码板包括：

用于检测所述电机的输出角度以生成所述位置信号的编码模块；

与所述位置检测接口模块和所述编码模块连接，用于传输所述位置信号至所述控制板的位置反馈接口模块；以及

与所述第二电源接口模块和所述编码模块连接，用于接收所述工作电源的电源编码接口模块。

7.如权利要求1至6任意一项所述的模块化伺服舵机装置，其特征在于，

所述信号转接板、所述控制板、所述驱动板、所述编码板以及所述电源板中的各接口模块均包括排针/排母、板对板连接器或者磁吸连接器中的至少一种，相邻的两电路板之间通过排针/排母、板对板连接器或者磁吸连接器中的至少一种方式连接。

8.如权利要求6所述的模块化伺服舵机装置，其特征在于，所述编码模块为电位器或磁编码器。

9.如权利要求3所述的模块化伺服舵机装置，其特征在于，所述电源模块包括：

用于根据所述外部电源以生成第一电源的第一电源转换单元；

与所述第一电源转换单元连接，用于根据所述第一电源以生成第二电源的第二电源转换单元；

与所述第二电源转换单元连接，用于根据所述第二电源以生成第三电源的第三电源转换单元；

与所述第三电源转换单元连接，用于根据所述第二电源以生成第四电源的第四电源转换单元；

所述工作电源包括所述第一电源、所述第二电源、所述第三电源以及所述第四电源中的一种或多种。

10.一种模块化伺服舵机系统，其特征在于，所述模块化伺服舵机系统包括电机变速器和上述权利要求1至9任一项所述的模块化伺服舵机装置。

Images