CN112497206B - 一种舵机的补偿控制方法及舵机补偿电路 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种舵机的补偿控制方法及舵机补偿电路，属于机器人舵机控制技术领域。该方法包括：采样获取外部供电的输入电压；根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数；根据补偿参数，获取舵机的驱动输出。本申请可以在供电电池的电压变化时，通过采样外部供电的输入电压来对舵机进行补偿，从而稳定机器人舵机的运行状态。

Description

一种舵机的补偿控制方法及舵机补偿电路

技术领域

本申请涉及机器人舵机控制技术领域，具体而言，涉及一种舵机的补偿控制方法及舵机补偿电路。

背景技术

在实际的生产作业中，机器人往往是采用电池进行供电的，也即机器人中控制机器人各个部位活动的舵机也是由机器人的电池进行供电。

现有的机器人的舵机中往往采用固定的控制参数，控制参数在舵机运行时无法动态变化，那么，在供电电池的电压变化时，会导致舵机的执行情况和额定电压的情况发生偏移，从而会引起机器人舵机的运行状态不稳定。

发明内容

本申请的目的在于提供一种舵机的补偿控制方法及舵机补偿电路，可以在供电电池的电压变化时，通过采样外部供电的输入电压来对舵机进行补偿，从而稳定机器人舵机的运行状态。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例的一方面，提供一种舵机的补偿控制方法，包括：

采样获取外部供电的输入电压；

根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数；

根据补偿参数，获取舵机的驱动输出。

可选地，采样获取外部供电的输入电压，包括：

若在舵机停止状态下采样电压，则将采样的电压作为外部供电的输入电压；

若在舵机运行状态下采样电压，根据采样时舵机的转速补偿采样的电压，获取补偿后的电压作为外部供电的输入电压。

可选地，根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，包括：

根据补偿参数，调整当前驱动电压，获取调整后的驱动电压作为舵机的驱动输出。

可选地，根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数，包括：

对外部供电的输入电压进行数字化处理得到数字电压信号；

根据数字电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

可选地，对外部供电的输入电压进行数字化处理得到数字电压信号之后，该方法还包括：

对数字电压信号进行数字滤波处理，获取滤波后的电压信号；

相应的，根据数字电压信号，计算获取舵机的补偿参数，包括：

根据滤波后的电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

可选地，根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，包括：

若舵机处于运行的状态，则根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，采用驱动输出驱动舵机。

本申请实施例的另一方面，提供一种舵机补偿电路，包括：输入总线、处理器；输入总线与处理器连接；

处理器，用于通过输入总线采样获取外部供电的输入电压；根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数；根据补偿参数，获取舵机的驱动输出。

可选地，处理器，具体用于若在舵机停止状态下采样电压，则将采样的电压作为外部供电的输入电压；

若在舵机运行状态下采样电压，根据采样时舵机的转速补偿采样的电压，获取补偿后的电压作为外部供电的输入电压。

可选地，处理器，具体用于根据补偿参数，调整当前驱动电压，获取调整后的驱动电压作为舵机的驱动输出。

可选地，该电路还包括：模数转换模块；

模数转换模块一端与输入总线连接、另一端与处理器连接，用于对外部供电的输入电压进行数字化处理得到数字电压信号；

处理器，用于获取数字电压信号，并根据数字电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

可选地，该电路还包括：分压电阻和滤波器；分压电阻一端与输入总线连接、另一端与滤波器连接，滤波器的输出端与模数转换模块连接；

分压电阻，用于对外部供电的输入电压分压；

滤波器，用于对分压电阻分压后的电压进行滤波，获取第一次滤波后的电压，并将第一次滤波后的电压传输至模数转换模块。

可选地，处理器，用于对数字电压信号进行数字滤波处理，获取滤波后的电压信号；根据滤波后的电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

可选地，处理器，用于若舵机处于运行的状态，则根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，采用驱动输出驱动舵机。

本申请实施例的有益效果包括：

本申请实施例提供的舵机的补偿控制方法及舵机补偿电路中，通过采样获取外部供电的输入电压并根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数，进而可以根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，从而实现在外部供电的电压不稳定时，可以对舵机进行电压补偿，稳定机器人舵机的运行状态，从而更加准确地实现对机器人舵机的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的舵机的补偿控制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的采样获取外部供电的输入电压的流程示意图；

图3为本申请实施例提供的计算获取舵机的补偿参数的流程示意图；

图4为本申请实施例提供的计算补偿参数的具体流程示意图；

图5为本申请实施例提供的舵机补偿电路的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的舵机补偿电路的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，本申请中提供的舵机可以是机器人的舵机，例如可以是人形机器人的舵机。在实际工作过程中，可以根据舵机配置的相关参数来使机器人执行一系列的动作。本申请中提供的机器人中可以设置有供电电池作为外部供电电源，例如采用充电电池，来驱动人形机器人的舵机对应的电机进行工作。但随着电池的使用，会有一定损耗，或者也可能是其他原因，导致电池提供的电压不稳定，例如可能达不到额定电压，那么需要一种供电补偿的方法。

下面通过实施例来解释本申请中提供的实现舵机的补偿控制的具体实施过程。

图1为本申请实施例提供的舵机的补偿控制方法的流程示意图，该方法的执行主体可以是机器人的舵机，请参照图1，舵机的补偿控制方法包括：

S110：采样获取外部供电的输入电压。

需要说明的是，可以设置采样电路来对外部供电的输入电压进行采样，或者，也可以在舵机内补偿电路上的处理器中设置采样模块来对外部供电的输入电压进行采样，在此不作限制。

可选地，可以采样输入总线上的电压作为外部供电的输入电压，但不以此为限。

S120：根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数。

需要说明的是，可以根据采样得到外部供电的输入电压以及预设的补偿参数的计算方法，对舵机的多个补偿参数进行计算，例如：补偿电压、补偿电流、补偿比例等补偿参数。

S130：根据补偿参数，获取舵机的驱动输出。

需要说明的是，可以根据上述多个补偿参数，计算获取舵机的驱动信号，以便输出信号的电压/电流可以达到额定值。

其中，驱动输出可以是根据补偿参数计算确定的PWM信号(Pulse widthmodulation，脉冲宽度调制信号)。

本申请实施例提供的舵机的补偿控制方法中，可以通过采样获取外部供电的输入电压并根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数，进而可以根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，从而实现在外部供电的输入电压不稳定的情况下，对舵机进行电压补偿，稳定机器人舵机的运行状态，从而更加准确地实现对机器人舵机的控制。

下面通过具体的实施例来解释本申请中采样获取外部供电的输入电压的具体过程。

图2为本申请实施例提供的采样获取外部供电的输入电压的流程示意图，请参照图2，采样获取外部供电的输入电压，包括：

S210：若在舵机停止状态下采样电压，则将采样的电压作为外部供电的输入电压。

需要说明的是，舵机停止状态即舵机的电机不工作时的状态，此时舵机内的供电电池不提供工作电压，只有外部供电的电源提供电压，采样得到的外部供电的电源较为准确，可以直接将采样到的电压作为外部供电的输入电压。

S220：若在舵机运行状态下采样电压，根据采样时舵机的转速补偿采样的电压，获取补偿后的电压作为外部供电的输入电压。

需要说明的是，舵机运行状态即舵机的电机工作时的状态，此时舵机内的供电电池和外部供电的电源可能都会提供电压，那么采样的电压不直接是外部供电的电压，可以根据采样时舵机的转速补偿采样到的电压，将补偿后的电压作为外部供电的输入电压。

可选地，舵机的转速越大，则需要进行的补偿电压的数值越大，具体补偿电压的算法可以是在采样得到的外部供电的电源电压的基础上与预设的系数进行相关运算，该预设的系数可以根据舵机的转速来设定，舵机的转速越大，该预设的系数越大，具体计算公式如下：

U₁＝U₀×A

其中，U₁为补偿后外部供电的输入电压；U₀为采样到的电压；A为预设的系数。

可选地，上述根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，包括：

根据补偿参数，调整当前驱动电压，获取调整后的驱动电压作为舵机的驱动输出。

需要说明的是，可以根据上述S120得到的多个补偿参数，对当前舵机的驱动电压进行调整。其中，驱动电压可以是舵机中对电机工作进行驱动作用的电压，以使舵机中的工作电机按照驱动电压的大小进行工作，其驱动电压与额定电压一致，以维持舵机控制的稳定性。

例如，若当前的舵机工作电压低于额定电压，那么通过补偿放大当前的舵机工作电压，以达到额定电压；若当前的舵机工作电压大于额定电压，那么通过补偿缩小当前的舵机工作电压，以达到额定电压。

具体地，可以根据驱动电压的大小生成对应大小的PWM信号，该PWM信号即为舵机的驱动输出，在此不做具体限制。

下面通过具体的实施例来解释本申请中提供的计算获取舵机的补偿参数地具体实施过程。

图3为本申请实施例提供的计算获取舵机的补偿参数的流程示意图，请参照图3，S120：根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数，包括：

S310：对外部供电的输入电压进行数字化处理得到数字电压信号。

需要说明的是，外部供电的输入电压是电压的模拟量信号，可以通过模数转换电路或者模数转换模块对该电压的模拟量信号进行数字化处理，得到数字电压信号。

S320：根据数字电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

需要说明的是，可以根据数字电压信号的值来计算确定舵机的补偿参数。

可选地，根据预设电压确定规则，通过该电压确定规则根据数字电压信号的值来计算确定舵机的补偿电压的大小，相应的，也可以根据其他预设的规则确定其他类型的补偿参数。

可选地，舵机的补偿参数可以是变量参数，例如：舵机的额定电压与数字电压信号的比值，或者也可以是根据数字电压信号的大小构造的对数函数。

可选地，根据数字电压信号的大小，可以设置有不同的补偿参数，例如：当数字电压信号的大小在第一预设区间内时，舵机的补偿参数可以是根据数字电压信号的大小构造的对数函数；当数字电压信号的大小在第二预设区间内时，舵机的补偿参数可以是舵机的额定电压与数字电压信号的比值，具体的补偿参数可以根据舵机工作的实际需求进行相应设置，在此不作限制。

下面通过具体的实施例来解释本申请中提供的计算补偿参数的具体实施过程。

图4为本申请实施例提供的计算补偿参数的具体流程示意图，请参照图4，对外部供电的输入电压进行数字化处理得到数字电压信号之后，该方法还包括：

S410：对数字电压信号进行数字滤波处理，获取滤波后的电压信号。

需要说明的是，获得到数字电压信号后，可以通过数字滤波器或者数字滤波电路等对该数字电压信号进行数字滤波处理，可选地，滤波方式可以包括：均值滤波，FIR滤波(Finite Impulse Response，有限长单位冲激响应滤波)或者任意一种适配的数字滤波方式，在此不作限制。滤波处理后，可以获取滤波后的电压信号。

相应的，根据数字电压信号，计算获取舵机的补偿参数，包括：

S420：根据滤波后的电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

需要说明的是，可以根据上述滤波处理后的数字电压信号计算获取舵机的补偿参数。

可选地，根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，包括：

若舵机处于运行的状态，则根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，采用驱动输出驱动舵机。

需要说明的是，舵机的工作状态可以包括：运行状态和停止状态；当舵机处于运行状态时，则可以根据上述方法得到的补偿参数，并计算获取得到舵机的驱动输出的PWM信号，进而基于该PWM信号来驱动舵机工作。如果处于停止状态，则可以暂时不获取驱动输出，当然在此也不作限制，可以提前计算输出驱动。

上述实施例中提供的补偿方法可以通过舵机中补偿电路实现。

一实施方式中，舵机补偿电路可以包括：输入总线和处理器。输入总线与处理器连接；处理器，用于通过输入总线采样获取外部供电的输入电压；根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数；根据补偿参数，获取舵机的驱动输出。

需要说明的是，外部供电电源可以通过输入总线与处理器连接，可选地，外部供电电源和输入总线之间可以设置有采样电路或者采样芯片等对外部供电电源进行模拟量采样的装置，进而输入总线可以通过模拟量采样的装置来对采样获取外部供电的输入电压，并将该输入电压发送给处理器，处理器获取了输入电压后，可以根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数；根据补偿参数，获取舵机的驱动输出。或者，可以由处理器直接进行电压采样，在此不作限制。

其中，输入总线可以是任意一种类型的传送信息的公共通信干线；处理器可以是MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)或者其他适配类型的处理器。

本申请实施例提供的舵机补偿电路中，处理器可以通过采样获取外部供电的输入电压并根据外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数，进而可以根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，从而实现在外部供电的输入电压不稳定的情况下，对舵机进行电压补偿，稳定机器人舵机的运行状态，从而更加准确地实现对机器人舵机的控制。

可选地，处理器，具体用于若在舵机停止状态下采样电压，则将采样的电压作为外部供电的输入电压；若在舵机运行状态下采样电压，根据采样时舵机的转速补偿采样的电压，获取补偿后的电压作为外部供电的输入电压。

需要说明的是，处理器中可以设置有判断模块，用于判断舵机当前的工作状态，可选地，可以通过检测舵机的供电电池的供电状态来判定舵机当前的工作状态，若供电电池处于供电状态，则可以判定舵机处于运行状态；若供电电池处于非供电状态，则可以判定舵机处于停止状态，进而处理器可以根据舵机处于的不同工作状态来确定外部供电的输入电压。

可选地，处理器，具体用于根据补偿参数，调整当前驱动电压，获取调整后的驱动电压作为舵机的驱动输出。

需要说明的是，在调整当前驱动电压时，可以先判定当前的舵机工作电压是否低于额定电压，若低于额定电压可以根据预设的计算规则对当前驱动输出进行调整，可选地，可以对当前驱动输出的电压信号进行放大运算，例如乘以额定电压或者当前电压的数值，从而实现对当前驱动电压的补偿调整，将运算结果作为调整后的驱动电压并将调整后的驱动电压对应的PWM信号作为舵机的驱动输出。

可选地，在当前的舵机工作电压高于额定电压时，可以通过降低输出的PWM信号，从而保证在偏差一定时可确保直流电机的电流近似可保持一致，在工作电压低于额定电压时，补偿模块可以提高输出的PWM信号后输出到给舵机进行驱动，也可以使电机电压近似于额定电压保持一致。

下面通过具体的实施例解释本申请中提供的舵机补偿电路的另一具体结构关系。

图5为本申请实施例提供的舵机补偿电路的结构示意图，请参照图5，该电路包括：输入总线100、处理器200以及模数转换模块300；

模数转换模块300一端与输入总线100连接、另一端与处理器200连接，用于对外部供电的输入电压进行数字化处理得到数字电压信号。

处理器200，用于获取数字电压信号，并根据数字电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

需要说明的是，模数转换模块300可以是独立设置的ADC芯片(Analog Digitalconvert，模拟量数字量转换芯片)，或者，也可以是与处理器200集成设置于一体的ADC集成模块，在此不作限制。当模数转换模块300为独立设置的ADC芯片时，可以通过预设的管脚接口分别与输入总线100和处理器200连接；当模数转换模块300为集成于处理器200上的ADC集成模块时，处理器200可以通过该ADC集成模块与输入总线100连接实现通信。

图6为本申请实施例提供的舵机补偿电路的另一结构示意图，请参照图6，该电路还包括：分压电阻400和滤波器500。

分压电阻400一端与输入总线100连接、另一端与滤波器500连接，滤波器500的输出端与模数转换模块300连接。

分压电阻400，用于对外部供电的输入电压分压。

进一步地，还可以通过滤波器500，用于对分压电阻400分压后的电压进行滤波，获取第一次滤波后的电压，并将第一次滤波后的电压传输至模数转换模块300。

需要说明的是，分压电阻400可以是包括多个串联或者并联的电阻群，也可以是可调节的电阻，例如：滑动变阻器、变阻箱等。滤波器500可以是模拟信号滤波器，用于对模拟量的输入电压进行滤波处理。

可选地，输入总线100通过外部供电电源获取输入电压后，可以先通过分压电阻400对输入电压进行分压处理，进而，分压处理后的电压可以通过滤波器500对该输入电压再进行滤波处理，获得较为稳定的电压。滤波处理完成后可以通过模数转换模块300对该模拟量的输入电压进行转换，转换为数字量格式的数字电压信号，并将数字电压信号发送给处理器200进行相关处理。

进一步地，处理器200，用于对数字电压信号进行数字滤波处理，获取滤波后的电压信号；根据滤波后的电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

需要说明的是，处理器200中可以对模拟量转换为数字量的数字电压信号进行二次滤波。其中，若模数转换模块300为集成于处理器200上的ADC集成模块时，则数字滤波模块也可以是集成设置于处理器200上的滤波模块；若模数转换模块300为独立设置的ADC芯片，则数字滤波模块除了为集成设置外，还可以是独立设置的数字滤波器，若为数字滤波器，其输入端可以与模数转换模块300的输出端连接；其输出端可以与处理器200连接。

可选地，处理器200，用于若舵机处于运行的状态，则根据补偿参数，获取舵机的驱动输出，采用驱动输出驱动舵机。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种舵机的补偿控制方法，其特征在于，包括：

采样获取外部供电的输入电压；

根据所述外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数；

根据所述补偿参数，获取所述舵机的驱动输出；

所述采样获取外部供电的输入电压，包括：

若在所述舵机停止状态下采样电压，则将采样的电压作为所述外部供电的输入电压，在所述舵机停止状态下，所述舵机内的供电电池不提供工作电压，所述外部供电的电源提供电压；

若在所述舵机运行状态下采样电压，根据采样时所述舵机的转速补偿采样的电压，获取补偿后的电压作为所述外部供电的输入电压，在所述舵机运行状态下，所述舵机内的供电电池和所述外部供电的电源都提供电压；

所述根据采样时所述舵机的转速补偿采样的电压，获取补偿后的电压作为所述外部供电的输入电压，包括：

根据采样时所述舵机的转速补偿采样的电压以及预设的系数确定所述补偿后的电压，所述预设的系数根据所述舵机的转速确定。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述补偿参数，获取所述舵机的驱动输出，包括：

根据所述补偿参数，调整当前驱动电压，获取调整后的驱动电压作为所述舵机的驱动输出。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数，包括：

对所述外部供电的输入电压进行数字化处理得到数字电压信号；

根据所述数字电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对所述外部供电的输入电压进行数字化处理得到数字电压信号之后，所述方法还包括：

对所述数字电压信号进行数字滤波处理，获取滤波后的电压信号；

所述根据所述数字电压信号，计算获取舵机的补偿参数，包括：

根据所述滤波后的电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述补偿参数，获取所述舵机的驱动输出，包括：

若所述舵机处于运行的状态，则根据所述补偿参数，获取所述舵机的驱动输出，采用所述驱动输出驱动所述舵机。

6.一种舵机补偿电路，其特征在于，包括：输入总线、处理器；所述输入总线与所述处理器连接；

所述处理器，用于通过所述输入总线采样获取外部供电的输入电压；根据所述外部供电的输入电压，计算获取舵机的补偿参数；根据所述补偿参数，获取所述舵机的驱动输出；

所述处理器，具体用于若在所述舵机停止状态下采样电压，则将采样的电压作为所述外部供电的输入电压，在所述舵机停止状态下，所述舵机内的供电电池不提供工作电压，所述外部供电的电源提供电压；

若在所述舵机运行状态下采样电压，根据采样时所述舵机的转速补偿采样的电压，获取补偿后的电压作为所述外部供电的输入电压，在所述舵机运行状态下，所述舵机内的供电电池和所述外部供电的电源都提供电压；

所述处理器，具体用于根据采样时所述舵机的转速补偿采样的电压以及预设的系数确定所述补偿后的电压，所述预设的系数根据所述舵机的转速确定。

7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述处理器，具体用于根据所述补偿参数，调整当前驱动电压，获取调整后的驱动电压作为所述舵机的驱动输出。

8.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：模数转换模块；

所述模数转换模块一端与所述输入总线连接、另一端与所述处理器连接，用于对所述外部供电的输入电压进行数字化处理得到数字电压信号；

所述处理器，用于获取所述数字电压信号，并根据所述数字电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：分压电阻和滤波器；所述分压电阻一端与所述输入总线连接、另一端与所述滤波器连接，所述滤波器的输出端与所述模数转换模块连接；

所述分压电阻，用于对所述外部供电的输入电压分压；

所述滤波器，用于对所述分压电阻分压后的电压进行滤波，获取第一次滤波后的电压，并将第一次滤波后的电压传输至所述模数转换模块。

10.如权利要求8或9所述的电路，其特征在于，所述处理器，用于对所述数字电压信号进行数字滤波处理，获取滤波后的电压信号；根据所述滤波后的电压信号，计算获取舵机的补偿参数。

11.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述处理器，用于若所述舵机处于运行的状态，则根据所述补偿参数，获取所述舵机的驱动输出，采用所述驱动输出驱动所述舵机。

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