CN207819699U - 一种非接触式舵机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种非接触式舵机控制系统，包括电机、变速齿轮组、舵机PCB板、舵机输出齿轴以及舵机角度检测装置，所述电机通过变速齿轮组与舵机输出齿轴相啮合，所述舵机角度检测装置包括设置在舵机PCB板上的霍尔角度传感器和设置在舵机输出齿轴一端的磁钢，所述磁钢的位置与霍尔角度传感器的位置相对应，所述舵机输出齿轴和磁钢同步旋转，并由所述霍尔角度传感器检测磁钢的旋转角度，所述舵机PCB板分别与电机和霍尔角度传感器电性相连，用于接收所述霍尔角度传感器测得的信号并控制所述电机运行。本实用新型可大大提高舵机角度检测的精准度和舵机的使用寿命，增加舵机的可靠性；具有结构简单，使用方便，制造成本低的优点。

Description

一种非接触式舵机控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能机器人领域，具体而言，涉及一种非接触式舵机控制系统。

背景技术

随着人工智能的发展，智能机器人已越来越多的应用在工业生产和人们生活中。舵机是智能机器人的重要执行器，随着自动化，信息化的发展，舵机在智能控制领域中的应用日益广泛，由于现有的舵机采用电位器作为舵机转角和转动方向的检测元件，随着工作时间的积累，电位器自身易磨损的缺陷使现有舵机在使用中因接触不良而产生跳舵现象，不能实现舵机的精确检测和控制，使用寿命缩短。特别是在机器人、电动车等智能控制领域，对舵机的性能要求更高，舵机的性能和使用寿命直接决定了整个智能控制系统的性能和寿命，舵机必须能长时间稳定、精确地动作。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种非接触式舵机控制系统，通过非接触式方法测量舵机旋转角度，具有测量精度高，使用寿命长等优点。

本实用新型采用的技术方案是：提供一种非接触式舵机控制系统，包括电机、变速齿轮组、舵机PCB板、舵机输出齿轴以及舵机角度检测装置，所述电机通过所述变速齿轮组与所述舵机输出齿轴相啮合，所述舵机角度检测装置包括设置在所述舵机PCB板上的霍尔角度传感器和设置在所述舵机输出齿轴一端的磁钢，所述磁钢的位置与所述霍尔角度传感器的位置相对应，使所述舵机输出齿轴转动的同时，带动所述磁钢同步旋转，并可由所述霍尔角度传感器检测所述磁钢的旋转角度，所述舵机PCB板分别与所述电机和所述霍尔角度传感器电性相连，用于接收所述霍尔角度传感器测得的信号并控制所述电机运行。

在本实用新型所述的非接触式舵机控制系统中，所述磁钢通过连接件与所述舵机输出齿轴相连，所述连接件上端紧套在所述舵机输出齿轴，所述连接件下端设有用于安装所述磁钢的安装位口。

在本实用新型所述的非接触式舵机控制系统中，所述连接件包括第一塑胶件和第二塑胶件，所述第一塑胶件上端设有与所述舵机输出齿轴形状大小相匹配的第一凹槽，下端设有直线型的第二凹槽，所述第二塑胶件上端设有与所述第二凹槽形状大小相匹配的凸起，下端设有所述安装位口。

在本实用新型所述的非接触式舵机控制系统中，所述磁钢为磁环，所述安装位口为与所述磁环相匹配的圆柱形槽，所述圆柱形槽内表面设有向内凸出的环形凸台，所述磁环外表面设有与所述凸台相匹配的环形凹槽。

在本实用新型所述的非接触式舵机控制系统中，所述舵机输出齿轴的另一端设有舵盘所述舵盘为圆形舵盘，在所述舵盘上设有多个用于与被驱动物体相连的固定孔。

在本实用新型所述的非接触式舵机控制系统中，所述舵机PCB板靠近所述电机的一端设有一缺口，所述缺口的形状与所述电机的外形相匹配。

在本实用新型所述的非接触式舵机控制系统中，所述霍尔角度传感器的型号为AS5600或MLX90290。

本实用新型提供的非接触式舵机控制系统通过设置非接触式的角度检测装置，可大大提高舵机角度检测的精准度，提高舵机的使用寿命，避免由于摩擦而损耗的舵机功率；通过第一塑胶件和第二塑胶件来实现磁钢与舵机输出齿轴的连接，一方面利用了塑胶质量轻、易于制造的优点，另一方面通过塑胶的减震功能和第一塑胶件和第二塑胶件的插接配合能将舵机输出齿轴的震动偏差减少到最小，从而减少了舵机角度检测装置的误差，提高了灵敏度；通过特有的凸台和凹槽设计，使磁钢能更加稳固的安装在连接件中，避免了磁钢在舵机输出齿轴的不断转动的过程中出现移位或从安装位口中脱出的情况，大大增加了舵机的可靠性；具有结构简单，使用方便，制造成本低的优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例的某一视角结构示意图；

图2是本实用新型实施例的另一视角结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的非接触式舵机控制系统，包括电机1、变速齿轮组2、舵机PCB板3、舵机输出齿轴4以及舵机角度检测装置。在本实施例中，电机1为直流电机，在电机1的输出轴上设有齿轮，在舵机输出齿轴4上同样设有齿轮，电机1通过变速齿轮组2与舵机输出齿轴4相啮合，从而使电机1的转动的同时带动舵机输出齿轴4转动。舵机输出齿轴4的上端与舵盘5固定相连，下端与舵机角度检测装置相连，其中，舵盘5为圆形舵盘，在舵盘5上设有多个用于与被驱动物相连的固定孔51，固定孔51可以直接与被驱动物相连，以带动物体旋转，亦可用连接棒或者线把被驱动物连到固定孔51上，就可以将舵机的旋转运动变成物体的直线运动了。舵机PCB板3分别与电机1和舵机角度检测装置电性相连，舵机角度检测装置包括设置在舵机PCB板3上的霍尔角度传感器62和设置在舵机输出齿轴4一端的磁钢61，舵机PCB板3设置在舵机输出齿轴4下方，使磁钢61的位置与霍尔角度传感器62的位置相对应，从而使舵机输出齿轴4转动的同时带动磁钢61同步旋转，并可由霍尔角度传感器62检测出磁钢61的旋转角度后传至舵机PCB板3。

进一步地，如图2所示，磁钢61通过连接件7与舵机输出齿轴4相连，连接件7包括第一塑胶件71和第二塑胶件72，第一塑胶件71上端设有与舵机输出齿轴4形状大小相匹配的第一凹槽，第一凹槽的直径稍小于舵机输出齿轴4的直径，使其能紧套在舵机输出齿轴4外侧表面上，使连接件7实现与舵机输出齿轴4的连接；第一塑胶件71下端还设有直线型的第二凹槽，在第二塑胶件72的上端设有与第二凹槽形状大小相匹配的凸起73，凸起73通过过盈配合紧配在第二凹槽中，从而使第二塑胶件72与第一塑胶件71紧密的连接在一起，在第二塑胶件72的下端设有用于安装磁钢61的安装位口。由于变速齿轮组2和舵机输出齿轴4的齿轮在长期工作过程中易出现磨损的情况，导致舵机输出齿轴4在较大的震动和旋转惯性下时产生虚位位移，从而导致磁钢61的位移偏差，本实施例通过第一塑胶件71和第二塑胶件72来实现磁钢61与舵机输出齿轴4的连接，一方面利用了塑胶质量轻、易于制造的优点，另一方面通过塑胶的减震功能和第一塑胶件71和第二塑胶件72的插接配合能将舵机输出齿轴4的震动偏差减少到最小，从而减少了舵机角度检测装置的误差，提高了灵敏度。

在本实施例中，磁钢61为磁环，安装位口为与磁环相匹配的圆柱形槽，在圆柱形槽内表面设有向内凸出的环形凸台，在磁环外表面设有与凸台相匹配的环形凹槽，磁环即安装在上述圆柱形槽中，且圆柱形槽的凸台卡扣在磁环上的环形凹槽中。在凸台和凹槽的卡扣作用下，磁钢61能更加稳固的安装在连接件7下端安装位口中，避免了磁钢61在舵机输出齿轴4的不断转动和震动中出现移位或从安装位口中脱出的情况，大大增加了舵机的可靠性。为节省舵机整体的空间体积，本实施例中的舵机PCB板3在靠近电机1的一端设有一缺口8，缺口8的形状与电机1的外形相匹配，从而使舵机PCB板3在安装时可与电机1紧密配合，最大限度减少舵机PCB板3以及舵机整体的占用空间。

优选地，本实施例中的霍尔角度传感器62的型号为奥地利微电子公司生产的AS5600。AS5600具有比例输出的特点，能够映对输出角度的电位器(可变电阻器)，本实施例采用AS5600的设计代替电位器，无需再更改运行在单片机上的应用程序代码。AS5600提供360度全方位的12位精确分辨率，能够测量任何正在使用电位器的应用的角位移。优选的，本实施例中的磁钢61为两极磁铁，通过将AS5600与低成本的两极磁铁配对，使用户能以与使用中档电位器类似的成本实现舵机的角度测量。此外，AS5600能使设备对杂散磁场高度免疫，非接触式传感测量角度的方法相比电位器连接法还具备更优越的可靠性。在电位器中，机械刷沿着导电膜滑动，而磁性位置传感器却不同，它能够通过测量配对磁铁产生的磁场的变化来感知旋转运动，这个磁场感知方法不受灰尘、污垢、湿气、水分、振动等现象的影响，而这些现象都将使电位器的测量结果失真或失效。

使用时，由外部电路产生的PWM控制信号输入到舵机PCB板3进行解调，获得一个直流偏置电压；同时舵机PCB板3对霍尔角度传感器62的输出电压及电压的变化特性进行处理，得到一个转角电压，再与该直流偏置电压相比较，产生的纠偏脉冲驱动电机1正反转，转角电压和直流偏置电压共同决定电机1转动的角度。当转角电压与直流偏置电压相等时，电机1停止转动，这样就达到精确控制电机1转角的目的。电机1的转动会带动变速齿轮组2和舵机输出齿轴4转动，磁钢61也随之转动，设置在磁钢61正下方的霍尔角度传感器62在磁钢61上每一个小磁铁通过时输出电压就会发生变化，而且其输出的电压值与舵机输出齿轴4和舵盘5的转角值一一对应。

以上结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种非接触式舵机控制系统，其特征在于，包括电机、变速齿轮组、舵机PCB板、舵机输出齿轴以及舵机角度检测装置，所述电机通过所述变速齿轮组与所述舵机输出齿轴相啮合，所述舵机角度检测装置包括设置在所述舵机PCB板上的霍尔角度传感器和设置在所述舵机输出齿轴一端的磁钢，所述磁钢的位置与所述霍尔角度传感器的位置相对应，使所述舵机输出齿轴转动的同时，带动所述磁钢同步旋转，并可由所述霍尔角度传感器检测所述磁钢的旋转角度，所述舵机PCB板分别与所述电机和所述霍尔角度传感器电性相连，用于接收所述霍尔角度传感器测得的信号并控制所述电机运行。

2.根据权利要求1所述的非接触式舵机控制系统，其特征在于，所述磁钢通过连接件与所述舵机输出齿轴相连，所述连接件上端紧套在所述舵机输出齿轴，所述连接件下端设有用于安装所述磁钢的安装位口。

3.根据权利要求2所述的非接触式舵机控制系统，其特征在于，所述连接件包括第一塑胶件和第二塑胶件，所述第一塑胶件上端设有与所述舵机输出齿轴形状大小相匹配的第一凹槽，下端设有直线型的第二凹槽，所述第二塑胶件上端设有与所述第二凹槽形状大小相匹配的凸起，下端设有所述安装位口。

4.根据权利要求2或3所述的非接触式舵机控制系统，其特征在于，所述磁钢为磁环，所述安装位口为与所述磁环相匹配的圆柱形槽，所述圆柱形槽内表面设有向内凸出的环形凸台，所述磁环外表面设有与所述凸台相匹配的环形凹槽。

5.根据权利要求1所述的非接触式舵机控制系统，其特征在于，所述舵机输出齿轴的另一端设有舵盘，所述舵盘为圆形舵盘，在所述舵盘上设有多个用于与被驱动物体相连的固定孔。

6.根据权利要求1所述的非接触式舵机控制系统，其特征在于，所述舵机PCB板靠近所述电机的一端设有一缺口，所述缺口的形状与所述电机的外形相匹配。

7.根据权利要求1所述的非接触式舵机控制系统，其特征在于，所述霍尔角度传感器的型号为AS5600或MLX90290。