[实用新型]一种扩展型数码舵机

说明书

本实用新型公开了一种扩展型数码舵机，舵机包括舵机控制单元、电机控制电路、电机驱动模块、反馈电路、无刷电机、串行通讯模块、减速机构、位置传感器等。本实用新型的舵机及工作方法，具有标准控制模式和扩展控制模式，兼容性强，适用性广。因采用串行通讯总线，在系统集成中可并联也可串联，使得接口简单，系统连线大大简化，提高了系统的可靠性，为模块化设计和模块化生产奠定了基础。解决了现有传统的数字舵机单位体积输出扭矩小的技术问题以及无法形成闭环控制、无保护电路、控制信号和接口连线复杂、繁多、可靠性低等问题，可广泛应用于移动机器人关节自由度控制，也可以用在无人机螺旋桨驱动、控制以及航模等飞行器姿态的操控控制。

技术领域

本实用新型属于自动化控制技术领域，具体是一种扩展型数码舵机。

背景技术

随着自动化设备应用的飞速发展，控制领域对舵机的需求越来越广泛，越来越多的应用场合对舵机的体积、扭矩、控制方式、结构兼容性等都提出了更高的要求。传统的数字舵机和模拟舵机基本上都是采用有刷电机，这就决定了这两种舵机有如下缺点：扭矩大的舵机其体积也很大，给安装和结构布局带来更多的局限性；而体积小的舵机其扭矩却不够，其应用范围大打折扣；另外有刷电机采用碳刷换相，所以这类舵机换向相时会产生火花，限制了使用范围，而且寿命短、容易损坏，增加了维护成本等。

模拟舵机的电子电路中无MCU微控制器，控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，能产生周期为20ms的脉宽位置调制(PPM)信号，其中脉冲宽度通常为0.5ms--2.5ms，相对应输出轴的位置为0----180 度，呈线性变化。也就是说，给控制引脚提供一定的脉宽(TTL电平，0V/5V)，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号它才会改变输出角度到新的对应的位置上。

由此可见，舵机是一种位置伺服的驱动器，转动范围一般不能超过180度，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的驱动当中。比方说机器人的关节控制等。随着机器人技术的发展，传统的舵机技术逐渐满足不了需求，如人形机器人要求执行单元不但能做角度转动，在某些应用场景下还需要做圆周运动等；同时，机器人多关节用到多个舵机的情况下，使得整个系统的控制及布线显得繁琐且可靠性差。在这种情况，数码舵机应运而生。

模拟舵机需要给它不停的发送20mS周期的PPM信号，才能让它匀速转动或者让它保持在规定的位置，数字舵机只需要发送一次PWM信号就能让舵机保持在规定的位置。目前市面上出现了两种类型的数字舵机，按照舵机的转动角度分为180度舵机和 360度舵机。其中180度舵机兼容传统模拟舵机，它只能在0度到180度之间转动，超过这个范围，舵机就会出现堵转，轻则损坏舵机减速齿轮，重则烧坏舵机里面的电机。而360度舵机转动的方式和普通的电机类似，可以连续的转动，不过只能控制它转动的方向和速度，不能调节转动角度。数字舵机相对于传统模拟舵机有两大优势：一、因为数字舵机引入CPU的关系，数字舵机可以对输入的信号根据设定的参数进行预处理后再将动力脉冲发送到舵机马达。这意味着动力脉冲的宽度，可以根据微处理器的程序运算而调整，以适应不同的功能要求，并优化舵机的性能；二、数码舵机可以通过CPU 接收比模拟舵机50Hz频率更快的PWM外部控制信号，就可以在更短的时间内分辨出 PWM外部控制信号的位置信息，计算出PWM占空比的正比电压和反馈电位器的电压差值，去驱动电机动作，做舵机摇臂位置最新改变。所以说数码舵机的反应速度比模拟舵机快，加速和减速时也更迅速、更柔和；同时数字舵机提供更高的精度和更好的固定力量。

从上文可以看到，一般的数字舵机，虽然解决了传统舵机的控制问题，但其转动角度范围仍然只有180度，同时对于一台数字舵机要么是在角度可控模式(在正负90度调节或是0-180度)，要么就是电机模式(360度旋转)，二者没有得到很好的兼顾，使其在实际应用中受到很大的局限性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种扩展型数码舵机，该扩展型数码舵机同时具备标准控制模式和扩展控制模式，兼容性强，适用性广。