CN203804996U - 一种家用机器人关节用的舵机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种家用机器人关节用的舵机，包括电机、减速箱、伺服控制器和编码器，电机输出端与减速箱连接，伺服控制器和编码器分别固定于减速箱的外壁上；编码器与减速箱的输出轴连接，编码器和电机分别与伺服控制器连接。本家用机器人关节用的舵机是在传统模型玩具用的舵机基础上进行改进，采用编码器对机器人关节的位置及速度等信息进行非接触式检测，具有寿命长、不限制位置检测范围、精度高、稳定性高等特点。本家用机器人关节用的舵机整体结构紧凑，体积较小，使用灵活方便，电机采用双输出的小型直流电机，其功率符合关节控制需求，并可通过更改减速箱的减速比，从而调节输出轴扭矩和转速。
Description
技术领域
本实用新型涉及家用教育娱乐的服务类机器人领域，特别涉及一种家用机器人关节用的舵机。
背景技术
近年来，一种新兴的机器人技术应用方向（即家用教育娱乐的服务类机器人）正逐渐地步入人们的生活，以其针对人们日常生活实用化、多样化、低成本等需求，使得这类型的机器人并不像工业机器人一样，对机器人关节有着高功率、高负载、高精度等要求，而是有着重量轻、低成本、结构紧凑等要求，因此，工业机器人用的伺服电机显然不适用于该类型的机器人。
目前，市面上也有针对模型玩具而生产的小型舵机，其结构一般是由电机和变位器组成，由于是针对模型玩具而设计，所以采用低成本的制作方式，采用电位器进行位置采集，由于电位器是摩擦式接触，通过电阻的变化来确定位置的变化，具有只有180度的控制范围、角度定位精度低、无法获取控制信息、功率低、稳定性差等特点，若直接将其应用于家用教育娱乐的服务类机器人，将直接降低机器人整体系统的稳定性和灵活性，因此，该结构的舵机也不适用于家用教育娱乐的服务类机器人。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，针对家用教育娱乐的服务类机器人，提供一种稳定性和灵活性都较好的家用机器人关节用的舵机。
本实用新型的技术方案为：一种家用机器人关节用的舵机，包括电机、减速箱、伺服控制器和编码器，电机输出端与减速箱连接，伺服控制器和编码器分别固定于减速箱的外壁上；编码器与减速箱的输出轴连接，编码器和电机分别与伺服控制器连接。
所述伺服控制器内设有可编程微控制器、电源管理电路、电机驱动电路和信号输入电路，电源管理电路和信号输入电路分别与可编程微控制器连接，编码器通过信号输入电路与可编程微控制器连接，电机驱动电路通过信号输入电路与可编程微控制器连接，电机驱动电路的输出端与电机连接。其中，信号输入电路接收的信号包括来自编码器的位置反馈信号和速度反馈信号、来自电机驱动电路的电流反馈信号、来自机器人上脉冲单元的脉冲信号和方向信号、来自开放式可编程接口的编程信号以及来自差分通讯接口的通讯信号；同时，可编程微控制器向电机驱动电路发出控制信号。
所述伺服控制器上设有开放式的可编程接口和差分通讯接口。开放式的可编程接口允许使用者对舵机的参数进行修改，或进行关节角度任务的编程；差分通讯接口可实现机器人上多个舵机的总线控制。
所述编码器为光学旋转编码器，包括旋转光栅尺和光栅读数头，旋转光栅尺设于减速箱的输出轴上，光栅读数头通过信号输入电路与可编程微控制器连接，旋转光栅尺与光栅读数头信号连接。光学旋转编码器具有非摩擦式位置检测、可任意角度旋转、并对角度位置检测的特点。
所述减速箱为双输出的减速箱。
所述电机为直流减速电机。
家用机器人关节用的舵机使用时，其原理是：通过接收来自机器人上脉冲单元的脉冲信号和方向信号，或接收来自差分通讯接口的通信信号，可编程微控制器获得要执行的位置、速度参数后，与编码器的位置反馈信号、速度反馈信号和电机驱动电路的电流反馈信号进行比较和运算，并输出控制信号到电机驱动电路，从而实现对电机要执行的位置、速度和电流的控制。本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：
本家用机器人关节用的舵机是在传统模型玩具用的舵机基础上进行改进，采用编码器对机器人关节的位置及速度等信息进行非接触式检测，具有寿命长、不限制位置检测范围、精度高、稳定性高等特点。
本家用机器人关节用的舵机整体结构紧凑，体积较小，使用灵活方便，电机采用小型直流减速电机，其功率符合关节控制需求，并可通过更改减速箱的减速比，从而调节输出轴扭矩和转速。
附图说明
图1为本家用机器人关节用的舵机的结构示意图。
图2为本家用机器人关节用的舵机的原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
本实施例一种家用机器人关节用的舵机，如图1所示，包括电机4、减速箱1、伺服控制器2和编码器3，电机输出端与减速箱连接，伺服控制器和编码器分别固定于减速箱的外壁上；编码器与减速箱的输出轴连接，编码器和电机分别与伺服控制器连接。
如图2所示，伺服控制器内设有可编程微控制器、电源管理电路（图中未示出）、电机驱动电路和信号输入电路（图中未示出），电源管理电路和信号输入电路分别与可编程微控制器连接，编码器通过信号输入电路与可编程微控制器连接，电机驱动电路通过信号输入电路与可编程微控制器连接，电机驱动电路的输出端与电机连接。其中，信号输入电路接收的信号包括来自编码器的位置反馈信号和速度反馈信号、来自电机驱动电路的电流反馈信号、来自机器人上脉冲单元的脉冲信号和方向信号、来自开放式可编程接口的编程信号以及来自差分通讯接口的通讯信号；同时，可编程微控制器向电机驱动电路发出控制信号。电源管理电路允许外部接入7～36V的直流电源，以降低服务机器人对输入电源的要求。
伺服控制器上设有开放式的可编程接口和差分通讯接口。开放式的可编程接口允许使用者对舵机的参数进行修改，或进行关节角度任务的编程；差分通讯接口可实现机器人上多个舵机的总线控制。
编码器为光学旋转编码器，包括旋转光栅尺和光栅读数头，旋转光栅尺设于减速箱的输出轴上，光栅读数头通过信号输入电路与可编程微控制器连接，旋转光栅尺与光栅读数头信号连接。光学旋转编码器具有非摩擦式位置检测、可任意角度旋转、并对角度位置检测的特点。
减速箱为双输出轴的减速箱。
电机为直流减速电机。
家用机器人关节用的舵机使用时，其原理是：通过接收来自机器人上脉冲单元的脉冲信号和方向信号，或接收来自差分通讯接口的通信信号，可编程微控制器获得要执行的位置、速度参数后，与编码器的位置反馈信号、速度反馈信号和电机驱动电路的电流反馈信号进行比较和运算，并输出控制信号到电机驱动电路，从而实现对电机要执行的位置、速度和电流的控制。
如上所述，便可较好地实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。
Claims (6)
1.一种家用机器人关节用的舵机，其特征在于，包括电机、减速箱、伺服控制器和编码器，电机输出端与减速箱连接，伺服控制器和编码器分别固定于减速箱的外壁上；编码器与减速箱的输出轴连接，编码器和电机分别与伺服控制器连接。
2.根据权利要求1所述一种家用机器人关节用的舵机，其特征在于，所述伺服控制器内设有可编程微控制器、电源管理电路、电机驱动电路和信号输入电路，电源管理电路和信号输入电路分别与可编程微控制器连接，编码器通过信号输入电路与可编程微控制器连接，电机驱动电路通过信号输入电路与可编程微控制器连接，电机驱动电路的输出端与电机连接。
3.根据权利要求2所述一种家用机器人关节用的舵机，其特征在于，所述伺服控制器上设有开放式的可编程接口和差分通讯接口。
4.根据权利要求2所述一种家用机器人关节用的舵机，其特征在于，所述编码器为光学旋转编码器，包括旋转光栅尺和光栅读数头，旋转光栅尺设于减速箱的输出轴上，光栅读数头通过信号输入电路与可编程微控制器连接，旋转光栅尺与光栅读数头信号连接。
5.根据权利要求1所述一种家用机器人关节用的舵机，其特征在于，所述减速箱为双输出轴的减速箱。
6.根据权利要求1所述一种家用机器人关节用的舵机，其特征在于，所述电机为直流减速电机。
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