CN112060113A - 一种直线位移舵机及机器人手指舵机系统 - Google Patents

一种直线位移舵机及机器人手指舵机系统 Download PDF

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CN112060113A CN202010732720.2A CN202010732720A CN112060113A CN 112060113 A CN112060113 A CN 112060113A CN 202010732720 A CN202010732720 A CN 202010732720A CN 112060113 A CN112060113 A CN 112060113A
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柳冬
张礼富
周升
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0009—Gripping heads and other end effectors comprising multi-articulated fingers, e.g. resembling a human hand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B25J15/0246—Gripping heads and other end effectors servo-actuated actuated by an electromagnet

Abstract

本申请属于舵机技术领域，提供了一种直线位移舵机及机器人手指舵机系统，直线位移舵机包括电机、传动装置、丝杆、推杆以及霍尔传感器，其中，传动装置在电机的带动下进行转动，并驱动丝杆转动，推杆根据丝杆的转动进行直线运动，推杆上设置的磁铁在推杆运动时产生变化的磁场，从而由霍尔传感器根据磁铁的运动生成位移感应信号，以获取舵机的位置，从而有效减小了舵机的体积，大大降低了舵机的装配难度，解决了目前通常采用直线电位器检测舵机的直线位移位置，存在的体积较大、测试精度较差、装配复杂的问题。

Description

一种直线位移舵机及机器人手指舵机系统
技术领域
本申请属于舵机技术领域，特别涉及一种直线位移舵机及机器人手指舵机系统。
背景技术
舵机具有广泛的应用，是诸多机器的核心元件。因此，舵机的性能决定了智能机器人等机器的性能。例如在智能机器人中，舵机作为智能机器人中的动力元件，是形成智能机器人关节组件的关键元件，也是智能机器人实现智能化的关键元件。为了对机器人手指的舵机进行伸展和收缩的运动，需要应用一种直线推拉的超小型舵机。
然而，目前通常采用直线电位器检测舵机的直线位移位置，存在体积较大、测试精度较差、装配复杂的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种直线位移舵机及机器人手指舵机系统，旨在解决目前通常采用直线电位器检测舵机的直线位移位置，存在体积较大、测试精度较差、装配复杂的问题。
为了解决上述问题，本申请提供了一种直线位移舵机，包括：
电机；
传动装置，与所述电机连接，所述传动装置用于在所述电机的带动下进行转动；
丝杆，与所述传动装置连接，用于跟随所述传动装置的转动进行转动；
推杆，与所述丝杆连接，用于跟随所述丝杆的转动进行直线运动，其中，所述推杆上设有磁铁；以及
霍尔传感器，用于对所述磁铁的磁场变化进行检测，并根据所述磁铁的磁场变化生成位移感应信号。
可选的，所述传动装置包括齿轮箱、第一齿轮以及第二齿轮；
所述齿轮箱分别与所述电机和所述第一齿轮连接，用于根据所述电机的转动驱动所述第一齿轮转动；
所述第二齿轮分别与所述第一齿轮和所述丝杆连接，用于根据所述第一齿轮的转动驱动所述丝杆转动。
可选的，所述磁铁为条形磁铁，所述条形磁铁与所述推杆平行设置。
可选的，所述磁铁与所述推杆为固定连接或者一体成型。
可选的，所述直线位移舵机还包括印刷电路板；
所述霍尔传感器设于所述印刷电路板上，所述印刷电路板与所述磁铁的距离为1mm-10mm。
可选的，所述霍尔传感器为线性霍尔传感器。
可选的，所述霍尔传感器的型号为MT9101。
本申请实施例还提供了一种机器人手指舵机系统，包括如上述任一项所述的直线位移舵机。
可选的，所述机器人手指舵机系统还包括：
控制模块，用于根据所述位移感应信号生成电机控制信号，并将所述电机控制信号发送至所述电机；
所述电机根据所述电机控制信号调整转动方向以及转动速度。
可选的，所述控制模块具体用于根据所述位移感应信号确定所述直线位移舵机的位置变化值，并根据所述位置变化值生成所述电机控制信号。
本申请提供了一种直线位移舵机及机器人手指舵机系统，直线位移舵机包括电机、传动装置、丝杆、推杆以及霍尔传感器，其中，传动装置在电机的带动下进行转动，并驱动丝杆转动，推杆根据丝杆的转动进行直线运动，推杆上设置的磁铁在推杆运动时产生变化的磁场，从而由霍尔传感器根据磁铁的运动生成位移感应信号，以获取舵机的位置，从而有效减小了舵机的体积，大大降低了舵机的装配难度，解决了目前通常采用直线电位器检测舵机的直线位移位置，存在的体积较大、测试精度较差、装配复杂的问题。
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是本申请的一个实施例提供的直线位移舵机的结构示意图。
图2是本申请的一个实施例提供的霍尔传感器电路的电路结构示意图。
图3为本申请的一个实施例提供的霍尔传感器的线性霍尔与磁场强度的线性关系图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
以下结合附图和具体实施例，对本申请进行详细说明。
为了解决上述问题，本申请提供了一种直线位移舵机，参见图1所示，本实施例中的直线位移舵机包括电机10、传动装置20、丝杆30、推杆40以及霍尔传感器50。具体的，传动装置20与电机10连接，用于在电机1的带动下进行转动，丝杆30与传动装置20连接，用于跟随传动装置20的转动进行转动，推杆40与丝杆30连接，用于跟随丝杆30的转动进行直线运动，其中，推杆40上设有磁铁41，霍尔传感器50用于对磁铁41的磁场变化进行检测，并根据磁铁41的磁场变化生成位移感应信号。
在本实施例中，当电机10转动时，通过传动装置20带动丝杆30转动，丝杆30带动推杆40进行直线运动，由于磁铁41设于推杆40上，推杆40进行直线运动时会带动磁铁41运动，此时霍尔传感器50可以感知磁铁41的磁场强度的变化，当磁铁41的磁场强度变化随着推杆的移动距离变化时，霍尔传感器50的感测电压也会发生响应的变化，从而利用磁铁41的直线运动检测舵机的直线位移，具体的，磁铁41的磁场强度与推杆40的移动的位移一一对应。例如，磁铁41的磁场强度与推杆40的移动距离一一对应，而磁铁41的磁场强度与霍尔传感器50的输出电压一一对应，因此，通过检测霍尔传感器50的输出电压即可获取对应的推杆40的移动距离，实现对直线位移舵机的位移监测。在一种具体应用中，霍尔传感器50为线性霍尔传感器，线性霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量，其输出电压与外加磁场强度呈线性关系。
在一个实施例中，参见图1所示，所述传动装置20包括齿轮箱21、第一齿轮22以及第二齿轮23；具体的，齿轮箱21分别与电机10和第一齿轮22连接，用于根据电机10的转动驱动第一齿轮22转动；第二齿轮23分别与第一齿轮22和丝杆30连接，用于根据第一齿轮22的转动驱动丝杆30转动。
在本实施例中，齿轮箱21与第一齿轮22之间啮合连接，第一齿轮22和第二齿轮23之间啮合连接，丝杆30与第二齿轮23固定连接，第二齿轮23在第一齿轮22的带动下转动，并驱动丝杆30转动，第一齿轮22在齿轮箱21的带动下转动，由于丝杆30上设有螺旋线，并通过螺旋线与推杆40连接，当丝杆30转动时，推杆40将旋转运动转化为直线运动，并带动磁铁41直线运动。
在一个实施例中，磁铁41为条形磁铁，条形磁铁与推杆40平行设置。
在本实施例中，条形磁铁与推杆40平行设置，具体的，条形磁铁的磁极位于其两端，条形磁铁的N极与S极之间的连线与推杆40的长度方向平行。
在一个实施例中，磁铁41与推杆40为固定连接或者一体成型。
在本实施例中，磁铁41可以通过粘贴或者焊接的方式与推杆40固定连接，或者与推杆40一体成型。
在一个实施例中，参见图1所示，直线位移舵机还包括印刷电路板60，霍尔传感器50设于印刷电路板60上，印刷电路板60与磁铁41的距离为1mm-10mm。
在本实施例中，印刷电路板60与推杆40相对设置，其中，霍尔传感器50设于靠近推杆40的一侧，磁铁41设于推杆40上靠近印刷电路板60的一侧。
在一个实施例中，霍尔传感器50可以为为线性霍尔传感器。
在一个实施例中，霍尔传感器50的型号为MT9101。
图2为本申请实施例提供的霍尔传感器电路，该霍尔传感器电路可以设于印刷电路板60，参见图2所示，霍尔传感器电路包括：霍尔传感器芯片U12、第一电容C1、第二电容C2；具体的，霍尔传感器芯片U12的电源引脚与第一电容C1的第一端共接于电源端VCC，霍尔传感器芯片U12的接地引脚GND、第一电容C1的第二端、第二电容C2的第一端共接于地，霍尔传感器芯片U12的输出引脚OUT与第二电容C2的第二端共接作为霍尔传感器电路的输出端。
在本实施例中，霍尔传感器芯片U12通过电源端VCC接入工作电源，在检测到磁铁41运动时，产生对应的位移感应信号ADC_POS发送至控制模块，由控制模块基于该位移感应信号ADC_POS对电机10的转动方向和转动速度进行调节。
图3为霍尔传感器的线性霍尔与磁场强度的线性关系图，参见图3所示，当霍尔传感芯片的中心在磁铁41的中心点时，此时磁铁41的磁场强度最小为0高斯，在霍尔传感器芯片的移动到磁铁41的N极或者S极时，参见图3所示，此时磁铁41的磁场强度最大，达到1350高斯，当检测到磁铁41在运动时，此时霍尔传感器感测磁场变化，产生对应的电压变化值。
本申请实施例还提供了一种机器人手指舵机系统，包括如上述任一项所述的直线位移舵机。
在一个实施例中，所述机器人手指舵机系统还包括：控制模块，用于根据位移感应信号生成电机控制信号，并将所述电机控制信号发送至所述电机；所述电机根据所述电机控制信号调整转动方向以及转动速度。
在本实施例中，控制模块接收到霍尔传感器产生的位移感应信号ADC_POS后，对该位移感应信号ADC_POS进行分析处理，得到磁铁41的位置变化值，从而进一步的到推杆40的位置变化值，从而调整电机控制信号推动推杆40来回运动，避免电机10出现空转。
在一个实施例中，所述控制模块具体用于根据所述位移感应信号确定所述直线位移舵机的位置变化值，并根据所述位置变化值生成所述电机控制信号。
本申请提供了一种直线位移舵机及机器人手指舵机系统，直线位移舵机包括电机、传动装置、丝杆、推杆以及霍尔传感器，其中，传动装置在电机的带动下进行转动，并驱动丝杆转动，推杆根据丝杆的转动进行直线运动，推杆上设置的磁铁在推杆运动时产生变化的磁场，从而由霍尔传感器根据磁铁的运动生成位移感应信号，以获取舵机的位置，从而有效减小了舵机的体积，大大降低了舵机的装配难度，解决了目前通常采用直线电位器检测舵机的直线位移位置，存在的体积较大、测试精度较差、装配复杂的问题。
以上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)

1.一种直线位移舵机，其特征在于，包括：
电机；
传动装置，与所述电机连接，所述传动装置用于在所述电机的带动下进行转动；
丝杆，与所述传动装置连接，用于跟随所述传动装置的转动进行转动；
推杆，与所述丝杆连接，用于跟随所述丝杆的转动进行直线运动，其中，所述推杆上设有磁铁；以及
霍尔传感器，用于对所述磁铁的磁场变化进行检测，并根据所述磁铁的磁场变化生成位移感应信号；其中，所述磁铁的磁场强度与所述推杆的移动的位移一一对应。
2.如权利要求1所述的直线位移舵机，其特征在于，所述传动装置包括齿轮箱、第一齿轮以及第二齿轮；
所述齿轮箱分别与所述电机和所述第一齿轮连接，用于根据所述电机的转动驱动所述第一齿轮转动；
所述第二齿轮分别与所述第一齿轮和所述丝杆连接，用于根据所述第一齿轮的转动驱动所述丝杆转动。
3.如权利要求1所述的直线位移舵机，其特征在于，所述磁铁为条形磁铁，所述条形磁铁与所述推杆平行设置。
4.如权利要求1所述的直线位移舵机，其特征在于，所述磁铁与所述推杆为固定连接或者一体成型。
5.如权利要求1所述的直线位移舵机，其特征在于，所述直线位移舵机还包括印刷电路板；
所述霍尔传感器设于所述印刷电路板上，所述印刷电路板与所述磁铁的距离为1mm-10mm。
6.如权利要求1所述的直线位移舵机，其特征在于，所述霍尔传感器为线性霍尔传感器。
7.如权利要求1所述的直线位移舵机，其特征在于，所述霍尔传感器的型号为MT9101。
8.一种机器人手指舵机系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的直线位移舵机。
9.如权利要求8所述的机器人手指舵机系统，其特征在于，所述机器人手指舵机系统还包括：
控制模块，用于根据所述位移感应信号生成电机控制信号，并将所述电机控制信号发送至所述电机；
所述电机根据所述电机控制信号调整转动方向以及转动速度。
10.如权利要求9所述的机器人手指舵机系统，其特征在于，所述控制模块具体用于根据所述位移感应信号确定所述直线位移舵机的位置变化值，并根据所述位置变化值生成所述电机控制信号。
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