CN206455664U - 舵机控制系统以及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种舵机控制系统以及机器人。舵机控制系统应用于一舵机，包括：主控模块，包括角度信息接收端和检测控制端；角度采集模块，包括磁铁以及与磁铁间隔一定距离的磁编码芯片，磁铁与舵机的一转动输出轴相连，磁编码芯片包括角度信息输出端和检测控制接收端，主控模块通过检测控制端和检测控制接收端控制磁编码芯片感应磁铁旋转时产生的变化的磁场信息；磁编码芯片根据变化的磁场信息感应舵机的转动输出轴旋转的角度信息；主控模块通过角度信息输出端和角度信息接收端接收角度信息，以控制舵机的转动。本实用新型通过舵机控制系统以及机器人，能够准确地获取舵机的位置信息。

Description

舵机控制系统以及机器人

技术领域

本实用新型涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种舵机控制系统以及机器人。

背景技术

随着科技的进步，机器人技术得到了极大地发展，其已经逐渐地走进了人们的日常生活中。在机器人技术中，舵机控制系统是其重要的组件，控制着机器人执行各种操作。

现有的舵机控制系统中，都是采用电位器来采集舵机中电机当前的位置信息。在舵机出现长时间运转时，会造成电位器磨损，从而使得采集回来的数据会有很大的误差，如此会导致舵机会发生定位不准的现象。

实用新型内容

本实用新型提供了一种舵机控制系统以及机器人，能够准确地获取舵机的位置信息。

本实用新型提供一种舵机控制系统，应用于一舵机，包括：主控模块，包括一角度信息接收端和检测控制端；角度采集模块，包括磁铁以及与磁铁间隔一定距离的磁编码芯片，磁铁与舵机的一转动输出轴相连，磁编码芯片包括一角度信息输出端和检测控制接收端，角度信息输出端与主控模块的角度信息接收端连接，检测控制接收端与主控模块的检测控制端连接；其中，转动输出轴转动时带动磁铁旋转，主控模块通过检测控制端和检测控制接收端控制磁编码芯片感应磁铁旋转时产生的变化的磁场信息；磁编码芯片根据变化的磁场信息感应舵机的转动输出轴旋转的角度信息；主控模块通过角度信息输出端和角度信息接收端接收转动输出轴旋转的角度信息，并根据角度信息控制舵机的转动。

其中，主控模块还包括一角度信息反馈端，磁编码芯片还包括一反馈接收端，与角度信息反馈端连接，主控模块通过角度信息反馈端和反馈接收端输出角度反馈信息至磁编码芯片，确认角度信息是否在预设的范围内。

其中，磁编码芯片包括磁感应电路和位置获取单元，磁感应电路设置在磁铁的感应磁场中，与位置获取单元电连接，位置获取单元通过角度信息输出端和检测控制接收端分别与角度信息接收端和检测控制端对应电连接。

其中，舵机控制系统还包括一驱动模块，用于接收主控模块传输的控制信号并根据控制信号输出一驱动脉冲信号以驱动设置在舵机内的一电机旋转。

其中，舵机控制系统还包括至少一滤波电路，至少一滤波电路连接在驱动模块与电机之间，并用于对驱动脉冲信号进行滤波处理。

其中，驱动模块还用以侦测并向主控模块反馈电机的当前工作电流，使主控模块根据电机的当前工作电流调整驱动脉冲信号的波形。

其中，舵机控制系统还包括与主控模块相连的电源模块和电量检测模块，电源模块用于为舵机提供电源，电量检测模块用于检测舵机内部一电池的电量。

其中，舵机控制系统还包括通讯模块，与主控模块连接，通讯模块用于与上一级和/或下一级舵机进行通讯，接收来自所述上一级舵机的识别号或识别号及动作指令信息，或传递所述下一级舵机的识别号或识别号及动作指令信息。

其中，舵机控制系统还包括温度采集模块，与主控模块连接，并用于采集电机的温度，若所采集到的电机的温度大于一预设阈值，则主控模块控制电机停止旋转，或降低电机旋转的速度。

本实用新型还提供一种机器人，包括中央处理器和与中央处理器连接的多个舵机，每个舵机包括前述的舵机控制系统。

通过上述方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型的舵机控制系统中，舵机的转动输出轴转动时带动磁铁旋转，主控模块通过检测控制端和检测控制接收端控制磁编码芯片感应磁铁旋转时产生的变化的磁场信息；磁编码芯片根据变化的磁场信息感应舵机的转动输出轴旋转的角度信息；主控模块通过角度信息输出端和角度信息检测端接收转动输出轴旋转的角度信息，并根据角度信息控制舵机的转动，能够准确地获取舵机的位置信息。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。其中：

图1是本实用新型较佳实施例的舵机控制系统应用于一舵机的方框示意图；

图2是图1的角度采集模块的结构示意图；

图3是图1的磁编码芯片的方框示意图；

图4是本实用新型较佳实施例的舵机控制系统的方框示意图；

图5是图4的电源模块的电路示意图；

图6是图4的滤波模块的电路示意图；

图7是图4的温度采集模块的电路示意图；

图8是本实用新型实施例的机器人的方框示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型较佳实施例的舵机控制系统10应用于一舵机20的方框示意图。舵机控制系统10包括：主控模块11和角度采集模块12。舵机20包括与外部组件连接的转动输出轴。

主控模块11包括一角度信息接收端1和检测控制端2。角度采集模块12包括磁铁121以及磁编码芯片122，磁铁121与舵机20的一转动输出轴相连，且设置在舵机20的转动输出轴的端部，且与磁编码芯片122间隔一定距离设置，以感应磁铁121产生磁场。磁编码芯片122包括一角度信息输出端MOSI和检测控制接收端CS。角度信息输出端MOSI与主控模块11的角度信息接收端1连接，检测控制接收端CS与主控模块11的检测控制端2连接。

舵机20的转动输出轴转动时带动磁铁121旋转，主控模块11通过检测控制端2和检测控制接收端CS控制磁编码芯片122感应磁铁121旋转时产生的变化的磁场信息。磁编码芯片122根据变化的磁场信息感应舵机20的转动输出轴旋转的角度信息。主控模块11通过角度信息输出端MOSI和角度信息接收端1接收舵机20的转动输出轴旋转的角度信息，并根据舵机20的转动输出轴旋转的角度信息控制舵机20的转动。

在本实用新型实施例中，主控模块11还包括一角度信息反馈端3，磁编码芯片122还包括一反馈接收端MISO，与角度信息反馈端3连接，主控模块11通过角度信息反馈端3和反馈接收端MISO输出角度反馈信息至磁编码芯片122，确认舵机20转动的角度信息是否在预设的范围内。如所述角度信息不在预设的范围内，则主控模块11控制磁编码芯片122重新根据变化的磁场信息感应舵机20旋转的角度信息。

在本实用新型实施例中，当舵机20的转动输出轴的旋转带动磁铁121发生任意角度旋转的时候，都会引起磁场信息的变化，磁编码芯片122根据变化的磁场信息感应舵机20的转动输出轴旋转的角度信息，如此能够准确地获取舵机20的角度信息，主控模块11进而能够准确地根据舵机20的角度信息控制舵机20中电机的旋转。

在本实用新型实施例中，参见图2和图3，磁铁121可以为环形磁铁，由两个半圆的N型的第一磁铁123和S型的第二磁铁124组成，环形磁铁121中心位置设置一转轴125，该转轴125即为所述舵机20的转动输出轴。舵机20的电机旋转时带动转轴125旋转，进而使得环形磁铁121旋转，产生磁场变化。磁编码芯片122包括磁感应电路126和位置获取单元127，磁感应电路126设置在磁铁121的感应磁场中，与位置获取单元127电连接，位置获取单元127通过角度信息输出端MOSI和检测控制接收端CS分别与主控模块11的角度信息接收端1及检测控制端2对应电连接。舵机20转动时通过转轴125带动磁铁121旋转，磁感应电路126感应磁铁121旋转时产生的变化的磁场信息，位置获取单元127根据变化的磁场信息感应舵机20的转动输出轴旋转的角度信息，并将该角度信息传递至主控模块11。主控模块11通过角度信息接收端1接收角度信息，并根据角度信息控制舵机20的转动。

参见图3，磁编码芯片122还包括反馈回路128，用于通过反馈接收端MISO和角度信息反馈端3接收主控模块11反馈的确认信息，确认舵机20转动的角度信息是否在预设范围。

在本实用新型实施例中，参见图4，舵机控制系统10还包括电源模块13和电量检测模块14，分别与主控模块11连接。电量检测模块14用于检测舵机20内部一电池的电量，并传输至主控模块11，主控模块11进一步根据电池的电量控制舵机20中电机的旋转。电源模块13用于为舵机20提供电源。在本实用新型实施例中，电源模块13优选为可以为舵机20提供5V以及3.3V的电源电压。

如图5所示，电源模块13包括第一低压差线性稳压器131、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6以及第二低压差线性稳压器132。第一电容C1和第二电容C2并联在第一电压端P_12.6V和地之间，其中，第一电压端P_12.6V提供基准电源电压12.6V。基准电源电压12.6V通过第一低压差线性稳压器131转换成5V的第一电源电压，第三电容C3和第四电容C4并联在第二电压端P_5V和地之间，5V的第一电源电压通过第二低压差线性稳压器132转换成3.3V的第二电源电压，第五电容C5和第六电容C6并联在第三电压端P_3.3V和地之间。其中，第二电压端P_5V输出5V的第二电源电压，第三电压端P_3.3V输出3.3V的第二电源电压。电源模块13通过第一低压差线性稳压器131和第二低压差线性稳压器132实现5V的第一电源电压和3.3V的第二电源电压，从而为本级舵机20提供稳定可靠的电源电压。

在本实用新型实施例中，参见图4，舵机控制系统10还包括一驱动模块15和至少一滤波电路16，驱动模块15与主控模块11连接，滤波电路16连接在驱动模块15与电机之间。驱动模块15用于接收主控模块11传输的控制信号并根据控制信号输出一驱动脉冲信号以驱动设置在舵机20内的一电机旋转。其中，控制信号包括角度控制信号、速度控制信号以及使能信号。具体地，驱动模块15根据角度控制信号、速度控制信号以及使能信号输出两路驱动脉冲信号，分别传输至电机的两端。滤波电路17用于对驱动脉冲信号进行滤波处理。其中，角度控制信号是主控模块11根据磁编码芯片122传递的角度信息获取的。驱动模块15还用以侦测并向主控模块11反馈电机的当前工作电流，使主控模块11根据电机的当前工作电流调整驱动脉冲信号的波形。

滤波电路16请参见图6，驱动模块15输出的两路驱动脉冲信号OUT1和OUT2，其中，驱动脉冲信号OUT1通过保险丝FB5连接在电机的M-端，驱动脉冲信号OUT2通过保险丝FB6连接在电机的M+端。第七电容C7并联在电机的两端，驱动脉冲信号OUT1还通过第八电容C8接地，驱动脉冲信号OUT2还通过第九电容C9接地。

在本实用新型实施例中，继续参见图4，舵机控制系统10还包括通讯模块17，与主控模块11连接。通讯模块17用于与上一级和/或下一级舵机进行通讯，接收来自与舵机20相连的一上一级舵机的识别号或识别号及动作指令信息，或传递与舵机20相连的一下一级舵机的识别号或识别号及动作指令信息。具体地，在舵机20初始化时，主控模块11通过通讯模块17接收上一级舵机分配给本级舵机20分配的识别号，同时接收动作指令信息，并传输至主控模块11；以及传递向下一级舵机分配的相应的识别号，同时传输动作指令信息，能够完成所有舵机20初始化过程中的识别号的依次分配，避免舵机20的识别号固定而导致组装不便。

在舵机20正常工作时，主控模块11通过通讯模块17与上一级舵机和/或下一级舵机进行半双工通讯，以传输对应的识别号和动作指令信息。在本实用新型的其他实施例中，也可以只传输动作指令信息，并在该动作指令信息中携带对应的识别号。

进一步参见图4，舵机控制系统10还包括温度采集模块18，与主控模块11连接，用于采集电机的温度，若采集到的电机的温度大于一预设阈值，则主控模块11控制电机停止旋转，或降低电机旋转的速度。其中，预设阈值可以根据需要设置，在此不作限制。参见图7，温度采集模块18包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第七电容C7以及第八电容C8。第三电阻R3第一端接地，第二端经过第一电阻R1与输出端AIN连接，第三电阻R3的第二端还经过第二电阻R2接第三电压端P_3.3V。输出端AIN与主控模块11连接，第七电容C7并联在输出端AIN和地之间，第八电容C8并联在第三电阻R3的两端。第三电阻R3为温度检测电阻，其阻值随温度变化，与第二电阻R2进行分压，然后经过第一电阻R1输出至主控模块11。

本实用新型还提供一种机器人。如图8所示，机器人30包括中央处理器21和与中央处理器21连接的多个舵机20，多个舵机20设置在机器人30的不同部位，且均与中央处理器21电连接，每个舵机20包括前述的舵机控制系统10，亦即包括了前文所述的舵机控制系统10所有的元件，以及对应的连接关系，在此不再赘述。

综上所述，本实用新型的舵机控制系统中，舵机转动时带动磁铁旋转，主控模块通过检测控制端和检测控制接收端控制磁编码芯片感应磁铁旋转时产生的变化的磁场信息；磁编码芯片根据变化的磁场信息感应舵机的转动输出轴旋转的角度信息；主控模块通过角度信息输出端和角度信息检测端接收角度信息，以调整舵机的转动角度，从而能够准确地获取舵机的位置信息。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种舵机控制系统，应用于一舵机，其特征在于，所述舵机控制系统包括：

主控模块，包括一角度信息接收端和检测控制端；

角度采集模块，包括磁铁以及与所述磁铁间隔一定距离的磁编码芯片，所述磁铁与所述舵机的一转动输出轴相连，所述磁编码芯片包括一角度信息输出端和检测控制接收端，所述角度信息输出端与所述主控模块的所述角度信息接收端连接，所述检测控制接收端与所述主控模块的检测控制端连接；其中，

所述转动输出轴转动时带动所述磁铁旋转，所述主控模块通过所述检测控制端和所述检测控制接收端控制所述磁编码芯片感应所述磁铁旋转时产生的变化的磁场信息；所述磁编码芯片根据所述变化的磁场信息感应所述舵机的转动输出轴旋转的角度信息；所述主控模块通过所述角度信息输出端和角度信息接收端接收所述转动输出轴旋转的角度信息，并根据所述角度信息控制所述舵机的转动。

2.根据权利要求1所述的舵机控制系统，其特征在于，所述主控模块还包括一角度信息反馈端，所述磁编码芯片还包括一反馈接收端，与所述角度信息反馈端连接，所述主控模块通过所述角度信息反馈端和所述反馈接收端输出角度反馈信息至所述磁编码芯片，确认所述角度信息是否在预设的范围内。

3.根据权利要求1所述的舵机控制系统，其特征在于，所述磁编码芯片包括磁感应电路和位置获取单元，所述磁感应电路设置在所述磁铁的感应磁场中，与所述位置获取单元电连接，所述位置获取单元通过所述角度信息输出端和所述检测控制接收端分别与所述角度信息接收端和所述检测控制端对应电连接。

4.根据权利要求1所述的舵机控制系统，其特征在于，所述舵机控制系统还包括一驱动模块，用于接收所述主控模块传输的控制信号并根据所述控制信号输出一驱动脉冲信号以驱动设置在所述舵机内的一电机旋转。

5.根据权利要求4所述的舵机控制系统，其特征在于，所述舵机控制系统还包括至少一滤波电路，所述至少一滤波电路连接在所述驱动模块与所述电机之间，并用于对所述驱动脉冲信号进行滤波处理。

6.根据权利要求4所述的舵机控制系统，其特征在于，所述驱动模块还用以侦测并向所述主控模块反馈所述电机的当前工作电流，使所述主控模块根据所述电机的当前工作电流调整所述驱动脉冲信号的波形。

7.根据权利要求1所述的舵机控制系统，其特征在于，所述舵机控制系统还包括与所述主控模块相连的电源模块和电量检测模块，所述电源模块用于为所述舵机提供电源，所述电量检测模块用于检测舵机内部一电池的电量。

8.根据权利要求1所述的舵机控制系统，其特征在于，所述舵机控制系统还包括通讯模块，与所述主控模块连接，所述通讯模块用于与上一级和/或下一级舵机进行通讯，接收来自所述上一级舵机的识别号或识别号及动作指令信息，或传递所述下一级舵机的识别号或识别号及动作指令信息。

9.根据权利要求4所述的舵机控制系统，其特征在于，所述舵机控制系统还包括温度采集模块，与所述主控模块连接，并用于采集所述电机的温度，若所采集到的电机的温度大于一预设阈值，则所述主控模块控制所述电机停止旋转，或降低所述电机旋转的速度。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括中央处理器和与所述中央处理器连接的多个舵机，每个所述舵机包括如权利要求1-9任一项所述的舵机控制系统。