数字化舵机.pdf

本发明涉及一种舵机，特别涉及一种控制运动载体的由自动化控制的数字舵机，属于自动化控制领域。本发明是由数字化无刷直流电机驱动器、限位机构、无刷直流电机、减速齿轮组、动作执行机构等组成。数字舵机留有标准的RS-232和标准的RS-485接口，能够高效、快捷、稳定的与上位机或主控制系统进行通讯连接，接收数字化命令并执行。舵机的输出轴旋转角度范围可通过限位机构来限制。该数字舵机可以应用于机器人的无人控制、灵活型机器手控制、数控机床控制、无人驾驶车辆的控制等自动化控制领域。

权利要求书
1、  一种数字化舵机，它主要由无刷直流电机(1)、减速齿轮组(2)、数字化无刷直流电机驱动器(4)、动作执行机构(5)及限位机构(6)组成，其特征在于：无刷直流电机(1)与减速齿轮组(2)为一体化设计，通过螺钉(10)与安装基座(7)固定连接，其输出轴(3)与动作执行机构(5)固定连接，作为执行机构(5)的驱动力；限位机构(6)固定安装在要求控制运转角度范围的动作执行机构(5)上；无刷直流电机(1)与数字化无刷直流电机驱动器(4)通过电机传感器线和电机绕组线电气连接；数字化无刷直流电机驱动器(4)通过电机传感器线判定无刷直流电机(1)的运行状态，通过与其连接的电机传感器线和电机绕组线控制无刷直流电机(1)的运行；动作执行机构(5)与减速齿轮组(2)之间直接连接，减速齿轮组(2)直接驱动动作执行机构(5)的拉绳，无刷直流电机(1)通过减速齿轮组(2)增加驱动倍率，然后传给动作执行机构(5)，直至被限位为止。

2、  如权利要求1所述的一种数字化舵机，其特征在于：限位机构(6)固定安装在要求控制运转角度范围的动作执行机构上，为数字化无刷直流电机驱动器(4)提供动作执行机构的边界位置信号，信号传给数字化无刷直流电机驱动器(4)，数字化无刷直流电机驱动器(4)根据所传来的信号计算直流无刷电机(1)转动的运动位置，进而精确控制直流无刷电机(1)的工作，亦即控制动作执行机构的精确工作。

3、  如权利要求1所述的数字化无刷直流电机驱动器(4)，其特征在于：它是由主控部分、功率驱动、电机驱动、电流取样反馈电路，通讯部分等组成；它的主控部分采用单片机，单片机通过功率驱动进一步驱动电机驱动，从而驱动电机运行；外部控制指令的输入与电机运行状态的用户反馈有两种方式：一种是通过其他主控制器传输给单片机，并把电机运行状态参数及时反馈，另一种通过RS232串行通讯直接传输给单片机，并把电机运行状态参数及时反馈，电机运行状态参数的收集由单片机完成；电流取样反馈电路通过对当前电机运行电流的检测，经单片机内部处理后调节与控制电机的运行。

4、  根据权利要求1所述的一种数字化舵机，其特征在于：当数字化舵机上电运行时，先进行单片机初始化，接着会自动的进行一次动作复位，动作复位时，数字化无刷直流电机驱动器(4)驱动动作执行机构(5)运行，通过限位机构(6)判定运行的极限位置，并由单片机记录并处理；当数字化无刷直流电机驱动器(4)接收到运行指令后，先由单片机进行命令解析并处理分配，按照处理优先级进行排序处理；如是动作执行命令，单片机在通过限位机构(6)记录的极限位置进行判断是否超出了设定的极限位置或计算是否执行到位后，从而做出继续执行动作程序或停止工作的判断。

说明书数字化舵机
技术领域
本发明涉及一种舵机，特别涉及一种控制运动载体的由自动化控制的数字舵机，属于自动化控制领域。
背景技术
一般控制运动载体转向和方向的多为手动装置，这种手动装置已不能适应当前自动化控制的发展方向。为了使运动载体实现自动化控制，发明适用于自动化控制的数字化舵机十分必要。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种适用于控制运动载体的由自动化控制的数字化舵机。该数字化舵机取代了传统的控制运动载体的转向和方向的手动装置或手动机构，改为由数字化无刷直流电机驱动器、限位机构、无刷直流电机、减速齿轮组、动作执行机构等组成的数字化舵机来代替。该数字化舵机的运用，实现了一种不需要人操作的、安全的、高效的、新型的动作执行系统即舵机系统，该数字化舵机可用于机器人的无人控制、灵活型机器手控制、数控机床控制、无人驾驶车辆的控制等自动化控制领域。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明的代替传统的手动装置或机构的数字化舵机，包括数字化无刷直流电机驱动器、限位机构、无刷直流电机、减速齿轮组及动作执行机构等。无刷直流电机与减速齿轮组为一体化设计，其输出轴与动作执行机构连接，驱动动作执行机构执行相应动作。限位机构由光电挡板和以光电开关为主要元件构成的光电电路板组成。光电挡板固定安装在要求控制运转角度范围的动作执行机构上，光电电路板与数字化无刷直流电机驱动器电气连接。无刷直流电机与数字化无刷直流电机驱动器电气连接。数字化无刷直流电机驱动器通过电气连接的无刷直流电机传感器线判定无刷直流电机的运行状态，通过连接的电机输出线控制无刷直流电机的运行。
数字化无刷直流电机驱动器是由主控部分、功率驱动、电机驱动、电流取样反馈电路，通讯部分组成。主控部分采用单片机，单片机通过功率驱动进一步驱动电机驱动，从而驱动电机运行。外部控制指令的输入与电机运行状态的用户反馈有两种方式：一种是通过其他主控制器传输给单片机，并把电机运行状态参数及时反馈，另一种通过RS232串行通讯(亦可选用RS485通讯)直接传输给单片机，并把电机运行状态参数及时反馈。电机运行状态参数的收集由单片机完成。电流取样反馈电路通过对当前电机运行电流的检测，经单片机内部处理后调节与控制电机的运行。
有益效果：
(1)本发明替代了传统的控制运动载体转向和方向的手动装置或机构；
(2)本发明使转向、方向以及速度的控制实现了数字化、指令化，既能实现运动载体转向、方向以及速度等状态的精确控制；
(3)本发明还具有很强大人机交互接口，指令化的操作，用户使用极其方便；
(4)本发明的独立性强，能自成一个独立控制系统，采用了模块化的设计思想，可开发性和扩展性强；
(5)本发明具有电机运行电流的及时反馈、调节和控制功能，有效的保护了电机、电机驱动器以及运动载体。
附图说明
图1是本发明总体结构示意图；
图2是本发明的限位机构结构示意图；
图3是本发明的限位机构在实施例中的安装位置示意图；
图4是本发明的电气原理框图；
图5是本发明数字化无刷直流电机驱动器的程序流程图；
图中：1-无刷直流电机、2-减速齿轮组、3-输出轴、4-数字化无刷直流电机驱动器、5-动作执行机构、6-限位机构、7-安装基座、8-光电开关、9-光电挡板、10-螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明主要由无刷直流电机1、减速齿轮组2、数字化无刷直流电机驱动器4、动作执行机构5及限位机构6组成。无刷直流电机1与减速齿轮组2为一体化设计，通过螺钉10与安装基座7固定连接，其输出轴3与动作执行机构5固定连接，作为执行机构5的驱动力。限位机构6固定安装在要求控制运转角度范围的动作执行机构5上。无刷直流电机1与数字化无刷直流电机驱动器4通过电机传感器线和电机绕组线电气连接。数字化无刷直流电机驱动器4通过电机传感器线判定无刷直流电机1的运行状态，通过连接的电机绕组线控制无刷直流电机1的运行。限位机构6通过限位信号线与无刷直流电机驱动器4电气连接，为数字化无刷直流电机驱动器4提供动作执行机构5的边界位置信号。在如图1所示的实施例中，动作执行机构5与减速齿轮组2之间直接连接，减速齿轮组2直接驱动动作执行机构5的拉绳，而在实际运用中，动作执行机构5与减速齿轮组2之间亦可通过其他机构连接(如蜗轮蜗杆连接)，再与动作执行机构5连接，作为动作执行机构5的驱动力。无刷直流电机1通过减速齿轮组2增加驱动倍率，然后传给动作执行机构5，直至被限位为止。
如图2、图3所示，限位机构6由光电挡板9和以光电开关为主要元件构成的光电电路板8组成。光电挡板9固定安装在要求控制运转角度范围的动作执行机构5上，光电电路板与数字化无刷直流电机驱动器4电气连接。光电开关的位置与光电挡板9的位置相对应，光电挡板9的中线与光电开关的卡口的中线大致重合，光电挡板9转动时，其挡片可以遮挡与放开光电开关的发射与接收口。当光电挡板9转动时，光电挡板9将通过光电开关，每通过一次，光电开关会发出一次电信号，信号传到数字化无刷直流电机驱动器4，数字化无刷直流电机驱动器4计算直流无刷电机1转动的运动位置，进而精确控制直流无刷电机1的工作，亦即控制动作执行机构5的精确工作。
如图4所示，数字化无刷直流电机驱动器4是由主控部分、功率驱动、电机驱动、电流取样反馈电路，通讯部分等组成。它的主控部分采用单片机，单片机通过功率驱动进一步驱动电机驱动，从而驱动电机运行。外部控制指令的输入与电机运行状态的用户反馈有两种方式：一种是通过其他主控制器传输给单片机，并把电机运行状态参数及时反馈，另一种通过RS232串行通讯(亦可选用RS485通讯)直接传输给单片机，并把电机运行状态参数及时反馈。电机运行状态参数的收集由单片机完成。电流取样反馈电路通过对当前电机运行电流的检测，经单片机内部处理后调节与控制电机的运行。
图5为本发明数字化无刷直流电机驱动器的程序流程图，如图1、图5所示，当该发明上电运行时，先进行单片机初始化，接着会自动的进行一次位置检测(即动作复位)，动作复位时，无刷直流电机驱动器4驱动动作执行机构5运行，通过限位机构6判定运行的极限位置，并由单片机记录并处理。当无刷直流电机驱动器4接收到运行指令后，先由单片机进行命令解析并处理分配，按照处理优先级进行排序处理。如是动作执行命令，单片机在通过限位机构6记录的极限位置进行判断是否超出了设定的极限位置或计算是否执行到位后，从而做出继续执行动作程序或停止工作的判断。