CN114018296A - 一种伺服电机控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及伺服电机，尤其涉及一种伺服电机控制方法。一种伺服电机控制方法，包括伺服电机、编码器和充电电池，编码器用于记录伺服电机的角度和圈数，本方法具有两种工作状态：伺服电机正常供电时，充电电池关闭，伺服电机为编码器供电，编码器记录角度并以第一角度单位记录圈数；伺服电机断电时，充电电池启动并为编码器供电，编码器停止记录角度并以第二角度单位记录圈数；其中第一角度单位小于第二角度单位。本发明的有益效果是：实现电机在断电后能随时监测电机的转动情况，延长断电后监测的续航能力。
Description
技术领域
本发明涉及伺服电机，尤其涉及一种伺服电机控制方法。
背景技术
随着社会的进步，机器人以各种形态出现在人们的生活中，它能帮工人解决每天重复繁杂的工作，能抢险搜救，能做服务员。伺服电机是机器人最核心的部件之一，机器人的各种动作都是由电机完成的，电机的技术将直接影响机器人的性能。
目前市面上的电机在正常供电状态下能很好的发挥性能，但机器人一旦断电，将无法识别各个部件的位置或不能准确定位各个部件的位置。虽然部分电机设置了内部记忆电池，一旦电量用尽，同样无法记录电机位置。如果此时外力转动电机部件，上电后电机将有可能出现异常，必需逐个电机重新标定零点，不仅操作困难而且操作难度会随着电机的数量而增大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种伺服电机控制方法，用于实现在电机断电后能随时监测电机的转动情况，延长断电后监测的续航能力，避免电机重新上电唤醒时需要重新标定。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种伺服电机控制方法，包括伺服电机、编码器和充电电池，编码器用于记录伺服电机的角度和圈数，本方法具有两种工作状态：
伺服电机正常供电时，充电电池关闭，伺服电机为编码器供电，编码器记录角度并以第一角度单位记录圈数；
伺服电机断电时，充电电池启动并为编码器供电，编码器停止记录角度并以第二角度单位记录圈数；
其中第一角度单位小于第二角度单位。
根据上述技术方案，优选地，编码器设有角度零点和圈数零点，伺服电机标定时将角度零点和圈数零点对齐。
根据上述技术方案，优选地，伺服电机断电后重启时，校验角度零点和圈数零点是否对齐；
如果对齐，伺服电机正常工作；
如果未对齐，发送报错信息。
根据上述技术方案，优选地，编码器连接储存器；
编码器内设有圈数阈值，圈数阈值小于编码器计数上限；
储存器用于保存圈数信息；
当编码器记录的圈数达到圈数阈值时，将编码器记录的圈数信息增加到储存器中保存的圈数信息上，并将编码器的圈数信息清零。
根据上述技术方案，优选地，伺服电机正常供电时，监测充电电池的电量；
当监测到充电电池的电量未满时，向充电电池充电；
当监测到充电电池的电量已满时，停止向充电电池充电。
根据上述技术方案，优选地，还包括补充电池，伺服电机断电时补充电池向充电电池充电。
根据上述技术方案，优选地，补充电池通过伺服电机的供电端口向充电电池充电。
根据上述技术方案，优选地，多个伺服电机安装在同一设备中时，所有伺服电机的供电端口串联，补充电池与一个供电端口连接后为所有伺服电机的充电电池充电。
根据上述技术方案，优选地，当多个伺服电机依次上电启动后，在最后一级伺服电机配置终端匹配电阻。
本发明的有益效果是：实现电机在断电后能随时监测电机的转动情况，延长断电后监测的续航能力。无需外接电池。通用性强。
附图说明
图1示出了本发明的实施例的功能框图。
图2示出了本发明的实施例的MCU电路示意图。
图3示出了本发明的实施例的电源电路示意图。
图4示出了本发明的实施例的CAN总线电路示意图。
图5示出了本发明的实施例的接口电路示意图。
图6示出了本发明的实施例的编码器Encoder电路示意图。
图7示出了本发明的实施例的温度采集Temperature电路示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图所示，本发明一种伺服电机控制方法，包括伺服电机、编码器和充电电池，编码器用于记录伺服电机的角度和圈数，本方法具有两种工作状态：
伺服电机正常供电时，充电电池关闭，伺服电机为编码器供电，编码器记录角度并以第一角度单位记录圈数；
伺服电机断电时，充电电池启动并为编码器供电，编码器停止记录角度并以第二角度单位记录圈数；
其中第一角度单位小于第二角度单位。
编码器用于记录伺服电机转动的角度和圈数，充电电池用于断电时为编码器供电。正常供电时，编码器与伺服电机共用供电端口，充电电池关闭。编码器正常记录伺服电机的角度和圈数。其中圈数可以采用较小的第一角度单位比较精准地记录，例如第一角度单位小于1度。断电时，充电电池为编码器供电，编码器进入低功耗模式，停止记录角度，并以较大的第二角度单位记录角度，例如第二角度单位为45度、90度或180度。如果伺服电机发生转动，编码器可以低功耗模式记录圈数。由于第一角度单位小于第二角度单位，可以降低编码器的功耗，延长断电时编码器的低功耗模式的工作时长。
其中编码器可以采用绝对编码器，内设精密霍尔效应角传感器。
根据上述实施例，优选地，编码器设有角度零点和圈数零点，伺服电机标定时将角度零点和圈数零点对齐。在伺服电机使用前进行标定，将角度零点和圈数零点对齐。当伺服电机工作时，编码器可以正常记录角度和圈数。
根据上述实施例，优选地，伺服电机断电后重启时，校验角度零点和圈数零点是否对齐；
如果对齐，伺服电机正常工作；
如果未对齐，发送报错信息。
每次伺服电机重新上电开启时，通过校验角度零点和圈数零点是否对齐，判断编码器是否处于正常工作状态。如果编码器不处于正常工作状态，向外发送报错信息，提醒用户重新执行标定步骤，将角度零点和圈数零点对齐。
根据上述实施例，优选地，编码器连接储存器；
编码器内设有圈数阈值，圈数阈值小于编码器计数上限；
储存器用于保存圈数信息；
当编码器记录的圈数达到圈数阈值时，将编码器记录的圈数信息增加到储存器中保存的圈数信息上，并将编码器的圈数信息清零。
当编码器记录的圈数大于技术上限时，会导致数据溢出，编码器就无法正常记录圈数。通过上述方法，在圈数溢出前，将编码器记录的圈数保存到储存器中，然后将编码器的圈数信息清零并重新计数，实现连续、长期的记录圈数，突破编码器计数上限的限制。按照上述方法，实际的圈数为编码器当前圈数与储存器中保存的圈数之和。
其中掉电后编码器检测到的数据存于芯片内部的EEPROM中。在没有电流供应的条件下，也能够长久地保持数据，更加适合伺服电机断电时使用。
根据上述实施例，优选地，伺服电机正常供电时，监测充电电池的电量；
当监测到充电电池的电量未满时，向充电电池充电；
当监测到充电电池的电量已满时，停止向充电电池充电。
正常供电时保持充电电池的电量充满。
根据上述实施例，优选地，还包括补充电池，伺服电机断电时补充电池向充电电池充电。
当长时间断电时，充电电池的电量会逐渐耗尽。所以通过外部的补充电池向充电电池充电，可以进一步延长编码器的低功耗模式的工作时长。
并且通过充电电池的电量可以推算出编码器的低功耗模式的工作时长，所以应当在编码器的低功耗模式的工作时长内，即充电电池的电量耗尽前，通过补充电池向充电电池充电。从而防止编码器断电。
根据上述实施例，优选地，补充电池通过伺服电机的供电端口向充电电池充电。
多个伺服电机安装在同一设备中时，所有伺服电机的供电端口串联，补充电池与一个供电端口连接后为所有伺服电机的充电电池充电，简化补充电池的充电操作，以及减少补充电池的数量。
根据上述实施例，优选地，当多个伺服电机依次上电启动后，在最后一级伺服电机自动配置终端匹配电阻。现有技术的伺服电机需要手动安装终端匹配电阻，用于吸收通讯线路的回波。本技术方案采用自动切换的方式接入或移除终端匹配电阻，使电机不改变硬件的情况下就能接于设备的任何位置。
根据上述实施例，优选地，将上述技术方案安装于需要多个伺服电机的设备中，例如机器人。通过控制伺服电机的转矩、速度、角度来实现伺服电机的基本性能，伺服电机上电后主控制板会对充电电池的电量进行管理，当最后一个伺服电机安装完成后用软件自动配置终端匹配电阻，就能使CAN总线网络正常工作，当设备需要暂时断电时，断电后如果人为的转动电机，电机能自动感应所转的圈数和角度并存于芯片内部，上电后即可由MCU获取，当需要长期断电时，可以在半个月时或断电时在终端接入一个补充电池，这个电池就能及时的补充所有电机内电池的电量，可以将设备断电非常长的时间，比如半年。主要取决于外接电池的电量。
如果需要恢复设备的运行，直接上电，设备将自动获取各个关节的位置信息，根据控制指令可以恢复断电前的初始位置。保证了设备快速启动，避免机器重复标定，提高了机器的稳定性和工作效率。
图1示出了控制方法的功能模块图。图2-7示出了具体的控制电路原理图。其中，DCBUS是主供电，一般电机是24V的供24V，36V电机供36V，内部的电压由这个电压来降压使用。AVCC为内部ADC之类的模拟电路部分供电。VCC为各逻辑电路，数字电路信号处理部分供电，如单片机供电。5V_A供入磁传感器的供电，通过两个二极管进行切换和隔离。5V是供入两个LDO的电压，用来获取3.3V电压。BAT为电池电压，分为两个状态，当DCBUS有电时，这里主要给电池充电，当DCBUS断开时，电池为放电状态。图7是一个温度采集电路，P3上有个热敏电阻，用来采集电机定子温度。
本发明的有益效果是：在伺服电机断电后，依然可以随时记录电机的转动位置，并延长记录功能的续航能力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种伺服电机控制方法，其特征在于：包括伺服电机、编码器和充电电池，编码器用于记录伺服电机的角度和圈数，本方法具有两种工作状态：
伺服电机正常供电时，充电电池关闭，伺服电机为编码器供电，编码器记录角度并以第一角度单位记录圈数；
伺服电机断电时，充电电池启动并为编码器供电，编码器停止记录角度并以第二角度单位记录圈数；
其中第一角度单位小于第二角度单位。
2.根据权利要求1所述的一种伺服电机控制方法，其特征在于：编码器设有角度零点和圈数零点，伺服电机标定时将角度零点和圈数零点对齐。
3.根据权利要求2所述的一种伺服电机控制方法，其特征在于：伺服电机断电后重启时，校验角度零点和圈数零点是否对齐；
如果对齐，伺服电机正常工作；
如果未对齐，发送报错信息。
4.根据权利要求1所述的一种伺服电机控制方法，其特征在于：编码器连接储存器；
编码器内设有圈数阈值，圈数阈值小于编码器计数上限；
储存器用于保存圈数信息；
当编码器记录的圈数达到圈数阈值时，将编码器记录的圈数信息增加到储存器中保存的圈数信息上，并将编码器的圈数信息清零。
5.根据权利要求1所述的一种伺服电机控制方法，其特征在于：
伺服电机正常供电时，监测充电电池的电量；
当监测到充电电池的电量未满时，向充电电池充电；
当监测到充电电池的电量已满时，停止向充电电池充电。
6.根据权利要求1所述的一种伺服电机控制方法，其特征在于：还包括补充电池，伺服电机断电时补充电池向充电电池充电。
7.根据权利要求6所述的一种伺服电机控制方法，其特征在于：补充电池通过伺服电机的供电端口向充电电池充电。
8.根据权利要求7所述的一种伺服电机控制方法，其特征在于：多个伺服电机安装在同一设备中时，所有伺服电机的供电端口串联，补充电池与一个供电端口连接后为所有伺服电机的充电电池充电。
9.根据权利要求8所述的一种伺服电机控制方法，其特征在于：当多个伺服电机依次上电启动后，在最后一级伺服电机配置终端匹配电阻。
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