CN112045668A - 舵机及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舵机及机器人，包括第一连接体、铰接体和第二连接体，所述铰接体侧壁上设置有竖直铰接轴和水平铰接轴，所述第一连接体和铰接体之间通过竖直铰接轴铰接连接，所述铰接体和第二连接体之间通过水平铰接轴铰接连接，所述第一连接体和第二连接体内均设置有控制模块、与控制模块连接的通信模块、驱动第一连接体和第二连接体偏转的转动电机和电机驱动模块；本发明采用在水平方向和垂直方向铰接有第一连接体和第二连接体，利用第一连接体和第二连接体内的控制模块分别驱动第一连接体和第二连接体偏转，使舵机一端实现任一角度以及旋转动作，从而使机器人能够无障碍移动，提高相邻舵机的协调性，便于实现机器人的智能化。

Description

舵机及机器人

技术领域

本发明涉及程序控制机械手的领域，具体讲是舵机及机器人。

背景技术

舵机在航模、车模、船模以及机器人等领域有广泛的应用；舵机的工作原理就是控制一个电机，让它转过设定的角度然后停在这个位置，目前舵机作为单独的一个控制系统存在，控制端一般通过PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)控制协议对其进行控制。

参考附图1，现有技术中的舵机结构示意图，舵机可以分为几部分：转速控制模块21、电机22、减速齿轮23、转动力臂24和电位器25，转速控制模块21分别与电机22以及电位器25相连，根据外部输入的PWM信号计算出目标角度，并接收电位器25的反馈值来确定当前角度，然后根据目标角度和反馈值这两个数值计算出误差信号，再根据误差信号产生电机22的驱动信号；电机22与减速齿轮23相连，其转速快慢由转速控制模块21输入的驱动信号控制；减速齿轮23与转动力臂24相连，转动力臂24在转动的同时会在电位器25上滑动产生不同的电压值，电位器25将所产生的电压值反馈给转速控制模块21。

舵机的转速控制模块对转速的控制可以参考附图2；将外部输入的PWM信号进行目标值计算；将计算出目标角度以及接收到的电位器反馈值输入比较器；通过比较器比较后由电机驱动产生模块产生电机驱动信号；按照舵机的控制方式，舵机可以分为模拟舵机和数字舵机两种；这两种舵机的主要区别在比较器和电机驱动产生模块。模拟舵机主要是用模拟电路的方式来实现电位器和设定位置的电位比较，然后产生控制信号来让电机转动；数字舵机则将电位器反馈的电压量经过模数转换器(ADC)采样为数字信号后对其进行处理，用一些算法来计算出电机的控制信号让电机转动以达到设定位置。

通常一个大的控制系统里面会有多个舵机，每个舵机以单独的系统形式存在，舵机控制器可以通过PWM信号对多个舵机进行控制，如图3所示现有技术中一个舵机控制器对N个舵机进行控制的系统框图。

但是现有技术的不足之处在于：目前舵机协调性比较差，只能单独动作，协作性能差。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种舵机及机器人；该舵机采用在水平方向和垂直方向铰接有第一连接体和第二连接体，利用第一连接体和第二连接体内的控制模块分别驱动第一连接体和第二连接体偏转，使舵机一端实现任一角度以及旋转动作，从而使机器人能够无障碍移动，提高相邻舵机的协调性，便于实现机器人的智能化。

本发明一种舵机，包括第一连接体、铰接体和第二连接体，所述铰接体侧壁上设置有竖直铰接轴和水平铰接轴，所述第一连接体和铰接体之间通过竖直铰接轴铰接连接，所述铰接体和第二连接体之间通过水平铰接轴铰接连接，所述第一连接体和第二连接体内均设置有控制模块、与控制模块连接的通信模块、驱动第一连接体和第二连接体偏转的转动电机和电机驱动模块。

进一步，所述第二连接体端部侧壁上设置有插入轴，所述第一连接体端部侧壁上设置有与插入轴适配的安装槽。

进一步，所述插入轴设置为方形轴，所述安装槽设置为方形槽，所述方形轴侧壁上设置有弹性卡柱。

进一步，所述第一连接体和第二连接体内均设置有用于安装转动电机的安装仓，所述第一连接体和第二连接体上均设置有用于开启安装仓的电机安装盖，所述第一连接体和第二连接体内均设置有套装在转动电机输出轴上的主动齿轮，所述竖直铰接轴和水平铰接轴上均套装有与主动齿轮啮合的从动齿轮，第一连接体和第二连接体侧壁上设置有容纳主动齿轮或从动齿轮穿过的开口。

进一步，所述电机安装盖上设置有套装在电机输出轴上的轴承，所述轴承和主动齿轮之间设置有轴套。

进一步，所述竖直铰接轴和水平铰接轴上均套装有与控制模块连接的角度传感器，所述角度传感器和从动齿轮设置在铰接体两端。

进一步，第一连接体和第二连接体远离铰接体的另一端位于方形槽或方形轴周围设置有环形腔，所述环形腔上设置有端部安装盖，所述环形腔内设置有隔板，所述隔板用于将环形腔内分隔成电源容纳仓和电路板安装仓，所述电路板安装仓内设置有与电源连接的电路板，所述控制模块、通信模块和电机驱动模块均设置在电路板上。

进一步，所述铰接体底部位于竖直铰接轴和水平铰接轴之间处设置有行走轮支架，所述行走轮支架中部设置有行走轮。

本发明还公开了一种机器人，包括多个根据权利要求1-8任一项所述的舵机；多个所述的舵机首尾连接。

进一步，多个首尾连接的舵机包括驱动舵机和连接舵机，多个首尾连接的舵机两端舵机设置为驱动舵机，位于多个首尾连接的舵机中间的驱动舵机两端设置有连接舵机，所述驱动舵机上铰接体内设置有用于驱动行走轮工作的驱动电机。

本发明具有如下优点：

本发明通过改进在此提供一种舵机及机器人，采用在水平方向和垂直方向铰接有第一连接体和第二连接体，利用第一连接体和第二连接体内的控制模块分别驱动第一连接体和第二连接体偏转，使舵机一端实现任一角度以及旋转动作，从而使机器人能够无障碍移动，提高相邻舵机的协调性，便于实现机器人的智能化。

附图说明

图1为现有的舵机电路控制原理图；

图2是现有的舵机电路框架图；

图3是现有的舵机控制框架图；

图4是本发明机器人的结构示意图；

图5是本发明机器人的局部剖视图；

图6是本发明机器人的结构示意图；

图7是本发明机器人的爬楼状态图；

图8是本发明机器人的下楼状态图。

附图说明:1-连接舵机；2-驱动舵机；3-第一连接体；4-铰接体；5-第二连接体；6-方形轴；7-方形槽；8-水平铰接轴；9-竖直铰接轴；10-机体；11-主动齿轮；12-从动齿轮；13-角度传感器；14-电源容纳仓；15-电路板安装仓；16-弹性卡柱；17-行走轮；18-端部安装盖；19-电机安装盖；20-转动电机；21-控制模块；22-电机；23-减速齿轮；24-转动力臂；25-电位器。

具体实施方式

下面将结合附图4-图8对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

如图4-8所示为本发明舵机及机器人的示意图，本发明一种舵机，包括第一连接体3、铰接体4和第二连接体5，所述铰接体4侧壁上设置有竖直铰接轴9和水平铰接轴8，所述第一连接体3和铰接体4之间通过竖直铰接轴9铰接连接，所述铰接体4和第二连接体5之间通过水平铰接轴8铰接连接，所述第一连接体和第二连接体内均设置有控制模块21、与控制模块21连接的通信模块、驱动第一连接体和第二连接体偏转的转动电机20和电机驱动模块。

本发明采用在水平方向和垂直方向铰接有第一连接体和第二连接体，利用第一连接体和第二连接体内的控制模块分别驱动第一连接体和第二连接体沿X方向和Y向偏转，使舵机一端先相对另一端实现任一角度以及旋转动作，从而使机器人能够无障碍移动，提高相邻舵机的协调性，便于实现机器人的智能化。

优选的实施方式，所述第二连接体5端部侧壁上设置有插入轴，所述第一连接体端部侧壁上设置有与插入轴适配的安装槽，所述插入轴设置为方形轴6，所述安装槽设置为方形槽7，所述方形轴侧壁上设置有弹性卡柱16，该结构有利于将第二连接体5和另一舵机的第一连接体3进行对接，是多个舵机形成蛇形机械人，相邻的舵机均有自己的摆动动作和控制。

优选的实施方式，所述第一连接体3和第二连接体5内均设置有用于安装转动电机20驱动的安装仓，所述第一连接体3和第二连接体5上均设置有用于开启安装仓的电机安装盖19，所述第一连接体3和第二连接体5内均设置有套装在转动电机输出轴上的主动齿轮11，所述竖直铰接轴9和水平铰接轴8上均套装有与主动齿轮11啮合的从动齿轮12，第一连接体3和第二连接体5侧壁上设置有容纳主动齿轮11或从动齿轮12穿过的开口，本实施例该结构通过转动电机20驱动主动齿轮11和从动齿轮12转动，从动齿轮带动竖直铰接轴9或水平铰接轴8实现沿X方向或Y向偏转，使舵机一端实现任一角度以及旋转动作。

优选的实施方式，所述电机安装盖19上设置有套装在电机输出轴上的轴承，所述轴承和主动齿轮11之间设置有轴套，该结构有利于减少转动电机的负载，方便驱动使舵机一端相对于另一端实现任一角度以及旋转动作。

优选的实施方式，所述竖直铰接轴9和水平铰接轴8上均套装有与控制模块连接的角度传感器13，所述角度传感器13和从动齿轮12设置在铰接体两端，该结构有利于角度传感器13电位器反馈值与计算出目标角度入比较器；通过比较器比较后由电机驱动产生模块产生电机驱动信号。

优选的实施方式，第一连接体3和第二连接体5远离铰接体4的另一端位于方形槽或方形轴周围设置有环形腔，所述环形腔上设置有端部安装盖18，所述环形腔内设置有隔板，所述隔板用于将环形腔内分隔成电源容纳仓14和电路板安装仓15，所述电路板安装仓15内设置有与电源连接的电路板，所述控制模块、通信模块和电机驱动模块均设置在电路板上，该结构有利于将控制模块、通信模块和电机驱动模块和电机安装在舵机机体10内，方便加工和安装。

优选的实施方式，所述铰接体4底部位于竖直铰接轴和水平铰接轴之间处设置有行走轮支架，所述行走轮支架中部设置有行走轮17，该结构有利于蛇形机械人通过行走轮进行移动，减少蛇形机械人移动阻力。

本发明还公开了一种机器人，包括多个根据权利要求1-8任一项所述的舵机；多个所述的舵机首尾连接，该有利于将第二连接体5和另一舵机的第一连接体3进行对接，是多个舵机形成蛇形机械人，相邻的舵机均有自己的摆动动作和控制，方便蛇形机械人进入危险区域进行探测。

优选的实施方式，多个首尾连接的舵机包括驱动舵机2和连接舵机1，多个首尾连接的舵机两端舵机设置为驱动舵机2，位于多个首尾连接的舵机中间的驱动舵机两端设置有连接舵机1，所述驱动舵机2上铰接体内设置有用于驱动行走轮工作的驱动电机，本实施例蛇形机械人利用驱动舵机2中的驱动电机控制蛇形机械人行走，利用驱动舵机2以及连接舵机1中的转动电机20控制蛇形机械人转动，使蛇形机械人能够自动快速爬楼梯，开锁以及探测取物。

本实施例中蛇形机械人便智能控制，通过探测器探测目标的定位，机械人大脑用算法来自动计算出各舵机的控制信号让各种电机移动以及转动以达到设定位置，各舵机之间具有协调性，各舵机动作具有记忆性，方便机器人具有初级思维。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种舵机，其特征在于：包括第一连接体、铰接体和第二连接体，所述铰接体侧壁上设置有竖直铰接轴和水平铰接轴，所述第一连接体和铰接体之间通过竖直铰接轴铰接连接，所述铰接体和第二连接体之间通过水平铰接轴铰接连接，所述第一连接体和第二连接体内均设置有控制模块、与控制模块连接的通信模块、驱动第一连接体和第二连接体偏转的转动电机和电机驱动模块。

2.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于：所述第二连接体端部侧壁上设置有插入轴，所述第一连接体端部侧壁上设置有与插入轴适配的安装槽。

3.根据权利要求2所述的舵机，其特征在于：所述插入轴设置为方形轴，所述安装槽设置为方形槽，所述方形轴侧壁上设置有弹性卡柱。

4.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于：所述第一连接体和第二连接体内均设置有用于安装转动电机的安装仓，所述第一连接体和第二连接体上均设置有用于开启安装仓的电机安装盖，所述第一连接体和第二连接体内均设置有套装在转动电机输出轴上的主动齿轮，所述竖直铰接轴和水平铰接轴上均套装有与主动齿轮啮合的从动齿轮，第一连接体和第二连接体侧壁上设置有容纳主动齿轮或从动齿轮穿过的开口。

5.根据权利要求4所述的舵机，其特征在于：所述电机安装盖上设置有套装在电机输出轴上的轴承，所述轴承和主动齿轮之间设置有轴套。

6.根据权利要求4所述的舵机，其特征在于：所述竖直铰接轴和水平铰接轴上均套装有与控制模块连接的角度传感器，所述角度传感器和从动齿轮设置在铰接体两端。

7.根据权利要求4所述的舵机，其特征在于：第一连接体和第二连接体远离铰接体的另一端位于方形槽或方形轴周围设置有环形腔，所述环形腔上设置有端部安装盖，所述环形腔内设置有隔板，所述隔板用于将环形腔内分隔成电源容纳仓和电路板安装仓，所述电路板安装仓内设置有与电源连接的电路板，所述控制模块、通信模块和电机驱动模块均设置在电路板上。

8.根据权利要求1所述的舵机，其特征在于：所述铰接体底部位于竖直铰接轴和水平铰接轴之间处设置有行走轮支架，所述行走轮支架中部设置有行走轮。

9.一种机器人，其特征在于：包括多个根据权利要求1-8任一项所述的舵机；

多个所述的舵机首尾连接。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于：多个首尾连接的舵机包括驱动舵机和连接舵机，多个首尾连接的舵机两端舵机设置为驱动舵机，位于多个首尾连接的舵机中间的驱动舵机两端设置有连接舵机，所述驱动舵机上铰接体内设置有用于驱动行走轮工作的驱动电机。

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