本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種舵機(jī)主板及機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)得到了極大地發(fā)展，其已經(jīng)逐漸地走進(jìn)了人們的日常生活中。在機(jī)器人技術(shù)中，舵機(jī)主板是其重要的組件，控制著機(jī)器人執(zhí)行各種操作。

現(xiàn)有的舵機(jī)主板中，一般是由采樣電阻及運(yùn)放芯片來(lái)采集驅(qū)動(dòng)電機(jī)當(dāng)前的電流信息，且采集芯片周?chē)ǔＴO(shè)有元件數(shù)量較多的外圍電路，導(dǎo)致主板布線(xiàn)繁瑣，且元件損耗后主板無(wú)法正常工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種舵機(jī)主板以及機(jī)器人，能夠減少采集芯片的外圍電路元件、節(jié)省電路板空間及減小電路板尺寸。

本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種舵機(jī)主板，應(yīng)用于一舵機(jī)，所述舵機(jī)主板包括：主控芯片，包括控制信號(hào)輸出端及感應(yīng)電壓輸入端；及驅(qū)動(dòng)芯片，包括控制信號(hào)接收端及感應(yīng)電流端，所述控制信號(hào)接收端與所述主控芯片的控制信號(hào)輸出端對(duì)應(yīng)連接，用以接收所述主控芯片輸出的控制信號(hào)并根據(jù)所述控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)以驅(qū)動(dòng)設(shè)置在所述舵機(jī)內(nèi)的電機(jī)旋轉(zhuǎn)，所述感應(yīng)電流端用以偵測(cè)所述電機(jī)的當(dāng)前工作電流；采集芯片，包括感應(yīng)電流輸入端及輸出端、信號(hào)處理單元、所述感應(yīng)電流輸入端與所述驅(qū)動(dòng)芯片的感應(yīng)電流端連接，用以采集所述電機(jī)的當(dāng)前工作電流以偵測(cè)所述電機(jī)的工作狀態(tài)信息；所述信號(hào)處理單元用于感應(yīng)感應(yīng)電流輸入端采集到的電流信號(hào)，并將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的反饋電壓信號(hào)后放大處理；所述輸出端與所述主控芯片的感應(yīng)電壓輸入端連接，并將所述信號(hào)處理單元放大后的電信號(hào)反饋給所述主控芯片。

其中，所述感應(yīng)電流輸入端進(jìn)一步包括：第一引腳、第二引腳、第三引腳以及第四引腳，所述第一引腳及第二引腳的極性相同，所述第三引腳以及第四引腳的極性相同且與所述第一引腳及第二引腳的極性相反；其中，所述第一引腳、第二引腳、第三引腳以及第四引腳的第一端封裝于所述采集芯片內(nèi)且相互耦接，所述第一引腳、第二引腳的第二端與所述驅(qū)動(dòng)芯片的感應(yīng)電流輸出端耦接，所述第三引腳及第四引腳的第二端接地。

其中，所述信號(hào)處理單元進(jìn)一步包括感應(yīng)電路，與所述感應(yīng)電流輸入端對(duì)應(yīng)設(shè)置，用以通過(guò)所述感應(yīng)電流輸入端感應(yīng)所述電機(jī)的當(dāng)前工作電流，并將所述當(dāng)前工作電流轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的反饋電壓信號(hào)。

其中，所述信號(hào)處理單元進(jìn)一步包括運(yùn)放電路，與所述感應(yīng)電路的輸出端耦接，用以將所述電壓信號(hào)進(jìn)行處理，且進(jìn)一步包括：第一運(yùn)放器，其包括輸入端和輸出端，其中，所述輸入端電連接至所述感應(yīng)電路的輸出端，用以接收所述反饋電壓信號(hào)；第二運(yùn)放器，其包括輸入端和輸出端，其中，所述輸入端電連接至所述第一運(yùn)放器的輸出端，所述輸出端電連接所述主控芯片的感應(yīng)電壓輸入端，用以向所述主控芯片反饋所述電壓信號(hào)，以使得所述主控芯片根據(jù)所述電壓信號(hào)調(diào)整所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

其中，所述舵機(jī)主板還包括角度采集芯片，所述角度采集芯片與所述主控芯片連接，所述角度采集芯片用于獲取所述舵機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度信息，并將所述角度信息反饋至所述主控芯片，所述主控芯片根據(jù)所述角度信息控制所述舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)。

其中，所述角度采集芯片為磁編碼芯片，其中，所述磁編碼芯片根據(jù)磁場(chǎng)變化而采集所述舵機(jī)偏轉(zhuǎn)的角度信息，且所述磁編碼芯片進(jìn)一步包括反饋引腳、第一偏轉(zhuǎn)角度控制引腳和第二偏轉(zhuǎn)角度控制引腳，其中，所述主控芯片進(jìn)一步包括第二反饋引腳、第一偏轉(zhuǎn)角度控制引腳和第二偏轉(zhuǎn)角度控制引腳，其中，所述磁編碼芯片的所述反饋引腳連接所述主控芯片的所述第二反饋引腳以將所述舵機(jī)偏轉(zhuǎn)的角度信息反饋至所述主控芯片，而所述主控芯片的所述第一偏轉(zhuǎn)角度控制引腳和第二偏轉(zhuǎn)角度控制引腳分別與所述磁編碼芯片的所述第一偏轉(zhuǎn)角度控制引腳和第二偏轉(zhuǎn)角度控制引腳連接，以將所述主控芯片根據(jù)反饋的所述舵機(jī)偏轉(zhuǎn)的角度信息而產(chǎn)生的所述角度控制信號(hào)輸出至所述磁編碼芯片，以通過(guò)所述角度采集及控制芯片而控制所述舵機(jī)偏轉(zhuǎn)的角度。

其中，所述舵機(jī)主板還包括與主控芯片相連的電源芯片和電量檢測(cè)芯片，所述電源芯片用于為所述舵機(jī)提供電源，所述電量檢測(cè)芯片用于采集舵機(jī)內(nèi)部一電池的電量。

其中，所述舵機(jī)主板還包括溫度采集芯片，與所述主控芯片連接，并用于采集所述電機(jī)的溫度，若所采集到的電機(jī)的溫度大于一預(yù)設(shè)閾值，則所述主控芯片控制所述電機(jī)停止旋轉(zhuǎn)，或降低所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度。

其中，所述舵機(jī)主板還包括通信芯片，與所述主控芯片以及上位機(jī)連接，用于維持所述主控芯片與上位機(jī)的通訊。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的又一個(gè)技術(shù)方案是提供一種機(jī)器人，所述機(jī)器人包括中央處理器、CAN總線(xiàn)以及多個(gè)舵機(jī)，每個(gè)所述舵機(jī)分別包括上述任一所述的舵機(jī)主板。

本發(fā)明的有益效果是：提供一種舵機(jī)主板及機(jī)器人，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)芯片感應(yīng)到的電機(jī)當(dāng)前的工作電流直接傳輸給驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行處理并反饋給主控芯片，能夠減少采集芯片的外圍電路元件，節(jié)省電路板空間、減小電路板尺寸。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明舵機(jī)主板一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明采集芯片一實(shí)施方式的的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明舵機(jī)主板又一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明主控芯片與角度采集芯片一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明機(jī)器人一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明舵機(jī)主板一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該舵機(jī)主板10應(yīng)用于一舵機(jī)33，且該舵機(jī)主板10包括：主控芯片11、驅(qū)動(dòng)芯片12以及采集芯片13。

其中，主控芯片11包括控制信號(hào)輸出端a及感應(yīng)電壓輸入端b。

進(jìn)一步地，驅(qū)動(dòng)芯片12包括控制信號(hào)接收端c及感應(yīng)電流端d，控制信號(hào)接收端c與主控芯片11的控制信號(hào)輸出端a對(duì)應(yīng)連接，用以接收主控芯片11輸出的控制信號(hào)并根據(jù)控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)以驅(qū)動(dòng)設(shè)置在舵機(jī)33內(nèi)的電機(jī)20旋轉(zhuǎn)，其中，感應(yīng)電流端d用以偵測(cè)電機(jī)20的當(dāng)前工作電流。

進(jìn)一步地，采集芯片13包括感應(yīng)電流輸入端e、信號(hào)處理單元130

及輸出端f。其中，感應(yīng)電流輸入端e與驅(qū)動(dòng)芯片12的感應(yīng)電流端d連接，用以采集電機(jī)20的當(dāng)前工作電流以偵測(cè)電機(jī)20的工作狀態(tài)信息，信號(hào)處理單元，用于感應(yīng)感應(yīng)電流輸入端e采集到的電流信號(hào)，并將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的反饋電壓信號(hào)后放大處理；輸出端f與主控芯片11的感應(yīng)電壓輸入端b連接，并將所述電機(jī)20的工作狀態(tài)信息反饋給所述主控芯片。

請(qǐng)一并參閱圖2，圖2是本發(fā)明采集芯片一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該采集芯片13的感應(yīng)電流輸入端e進(jìn)一步包括：第一引腳1、第二引腳2、第三引腳3以及第四引腳4。其中，第一引腳1及第二引腳2的極性相同且都為正，第三引腳3以及第四引腳4的極性相同且與第一引腳1及第二引腳2的極性相反即為負(fù)。當(dāng)然在其它實(shí)施例中，第一引腳1及第二引腳2的極性也可以為負(fù)，本發(fā)明不做具體限定。

進(jìn)一步地，第一引腳1、第二引腳2、第三引腳3以及第四引腳4的第一端封裝于采集芯片13內(nèi)且相互耦接，第一引腳1、第二引腳2的第二端與驅(qū)動(dòng)芯片12的感應(yīng)電流輸出端d耦接，用以采集電機(jī)20的當(dāng)前工作電流，第三引腳3及第四引腳4用以將接收到的電機(jī)20的當(dāng)前工作電流接地。

請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖2，信號(hào)處理單元131進(jìn)一步包括感應(yīng)電路1311。該感應(yīng)電路1311與感應(yīng)電流輸入端e對(duì)應(yīng)設(shè)置，并與感應(yīng)電流輸入端e相隔一定距離，用以通過(guò)感應(yīng)電流輸入端e感應(yīng)電機(jī)20的當(dāng)前工作電流，并將當(dāng)前工作電流轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的反饋電壓信號(hào)。

在本發(fā)明一應(yīng)用場(chǎng)景中，所述的感應(yīng)電路1311可以為霍爾元件，當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，也可以為其他電磁感應(yīng)元件。其中，該霍爾元件是利用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體。具體地，霍爾效應(yīng)是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。故可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用，其精度高、線(xiàn)性度好。

進(jìn)一步地，在本實(shí)施例中，由于通電的導(dǎo)體周?chē)嬖诖艌?chǎng)，故由感應(yīng)電流輸入端e接收到電機(jī)20的當(dāng)前工作電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)被感應(yīng)電路1311，即霍爾元件所感應(yīng)，產(chǎn)生橫向電位差，即將該電機(jī)20當(dāng)前的工作電流轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的反饋電壓信號(hào)。

進(jìn)一步地，該霍爾元件還包括輸入端g、輸出端h，所述輸入端g用以接收外部電源Vcc，輸出端h用以輸出所述反饋電壓信號(hào)。

請(qǐng)繼續(xù)參閱圖2，該信號(hào)處理單元131進(jìn)一步包括運(yùn)放電路1312，且該運(yùn)放電路1312與感應(yīng)電路1311的輸出端h耦接，用以將反饋電壓信號(hào)進(jìn)行處理，且進(jìn)一步包括：第一運(yùn)放器A及第二運(yùn)放器B。

其中，第一運(yùn)放器A，在具體實(shí)施例中，該第一運(yùn)放器A可以為包括但不限于粗調(diào)增益器件，用于將電壓信號(hào)放大。其進(jìn)一步包括輸入端i和輸出端j，其中，輸入端i電連接至感應(yīng)電路1311的輸出端h，接收由霍爾元件轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)。

進(jìn)一步地，第二運(yùn)放器B，可以為包括但不限于微調(diào)增益器件，用于將電壓信號(hào)進(jìn)一步放大。且其包括輸入端k和輸出端l，其中，輸入端k電連接至第一運(yùn)放器的輸出端j，輸出端l電連接主控芯片11的感應(yīng)電壓輸入端b，用以向主控芯片11反饋電壓信號(hào)，以使得主控芯片11根據(jù)該電壓信號(hào)調(diào)整電機(jī)20的轉(zhuǎn)速。

需要說(shuō)明的是，主控芯片11接收到的反饋電壓信號(hào)是通過(guò)感應(yīng)電路1311(霍爾元件)將感應(yīng)到的電機(jī)20當(dāng)前的工作電流轉(zhuǎn)變成電壓形式的信號(hào)。

進(jìn)一步地，當(dāng)主控芯片11接收到采集芯片13輸出的反饋電壓信號(hào)，以此來(lái)判斷驅(qū)動(dòng)芯片11偵測(cè)到的電流是否超過(guò)預(yù)設(shè)電流閾值，若超過(guò)，則通過(guò)主控芯片11的控制信號(hào)輸出端a向電機(jī)20發(fā)出停止轉(zhuǎn)動(dòng)的控制信號(hào)。

上述實(shí)施方式，通過(guò)將感應(yīng)到的電機(jī)20當(dāng)前的工作電流直接傳輸給驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行處理，能夠減少采集芯片的外圍電路元件，節(jié)省電路板空間、減小電路板尺寸。

請(qǐng)一并參照?qǐng)D3，圖3是本發(fā)明舵機(jī)主板又一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，該舵機(jī)主板10還包括至少一濾波電路14，且濾波電路14連接在驅(qū)動(dòng)芯片12與電機(jī)20之間，并用于對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)進(jìn)行濾波處理。

進(jìn)一步地，驅(qū)動(dòng)芯片12用于接收主控芯片11傳輸?shù)目刂菩盘?hào)并根據(jù)控制信號(hào)輸出一驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)以驅(qū)動(dòng)設(shè)置在舵機(jī)33內(nèi)的一電機(jī)20旋轉(zhuǎn)。其中，控制信號(hào)包括角度控制信號(hào)、速度控制信號(hào)以及使能信號(hào)。具體地，驅(qū)動(dòng)芯片12根據(jù)角度控制信號(hào)、速度控制信號(hào)以及使能信號(hào)輸出兩路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，分別傳輸至電機(jī)20的兩端。濾波電路14用于對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)進(jìn)行濾波處理。

請(qǐng)一并參閱圖4，圖4是本發(fā)明主控芯片與角度采集芯片一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，該舵機(jī)主板10還包括角度采集芯片15，該角度采集芯15片與主控芯片11連接。具體地，該角度采集芯片15用于獲取舵機(jī)33旋轉(zhuǎn)的角度信息，并將角度信息反饋至主控芯片11，主控芯片11根據(jù)角度信息控制舵機(jī)33的運(yùn)動(dòng)。

具體地，該角度采集芯片15可以為磁編碼芯片。具體地，磁編碼芯片15根據(jù)磁場(chǎng)變化而采集舵機(jī)33偏轉(zhuǎn)的角度信息，且該磁編碼芯片15進(jìn)一步包括反饋引腳MOSI、第一偏轉(zhuǎn)角度控制引腳CS和第二偏轉(zhuǎn)角度控制引腳MISO。

其中，主控芯片11進(jìn)一步包括第二反饋引腳mosi、第一偏轉(zhuǎn)角度控制引腳cs和第二偏轉(zhuǎn)角度控制引腳miso，其中，磁編碼芯片15的反饋引腳連接主控芯片11的第二反饋引腳MOSI以將舵機(jī)33偏轉(zhuǎn)的角度信息反饋至主控芯片11，而主控芯片11的第一偏轉(zhuǎn)角度控制引腳cs和第二偏轉(zhuǎn)角度控制引腳miso分別與磁編碼芯片15的第一偏轉(zhuǎn)角度控制引腳CS和第二偏轉(zhuǎn)角度控制引腳MISO連接，以將主控芯片11根據(jù)反饋的舵機(jī)33偏轉(zhuǎn)的角度信息而產(chǎn)生的角度控制信號(hào)輸出至磁編碼芯片15，以通過(guò)角度采集及控制芯片11而控制舵機(jī)33偏轉(zhuǎn)的角度。

具體地，主控芯片11根據(jù)接收到的當(dāng)前角度信息與預(yù)設(shè)的角度值對(duì)比，并發(fā)出角度控制信號(hào)至磁編碼芯片15，以進(jìn)一步調(diào)整舵機(jī)33當(dāng)前的角度至預(yù)設(shè)角度，若當(dāng)前角度信息達(dá)到預(yù)設(shè)的角度值，則主控芯片11向電機(jī)20發(fā)出停止轉(zhuǎn)動(dòng)的控制信號(hào)。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，角度采集芯片15也可以是電位器構(gòu)成，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的位置變化獲取舵機(jī)33轉(zhuǎn)動(dòng)的角度信息。

請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖4，該舵機(jī)主板10還包括與主控芯片11相連的電源芯片16和電量檢測(cè)芯片17，且電源芯片16用于為舵機(jī)33提供電源，電量檢測(cè)芯片17用于采集舵機(jī)33內(nèi)部一電池的電量，并傳輸至主控芯片11，主控芯片11進(jìn)一步根據(jù)電池的電量控制舵機(jī)33中電機(jī)20的旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明實(shí)施例中，電源芯片16可以向舵機(jī)33提供15V、5V以及3.3V的電源電壓。

進(jìn)一步地，該舵機(jī)主板10還包括溫度采集芯片18，與主控芯片11連接，并用于采集電機(jī)20的溫度，若所采集到的電機(jī)20的溫度大于一預(yù)設(shè)閾值，則主控芯片11控制電機(jī)20停止旋轉(zhuǎn)，或降低電機(jī)20旋轉(zhuǎn)的速度。其中，預(yù)設(shè)閾值可以根據(jù)需要設(shè)置，在此不作限制。

進(jìn)一步地，該舵機(jī)主板10還包括通信芯片19，與主控芯片11以及上位機(jī)連接，用于維持主控芯片11與上位機(jī)的通訊。具體地，通訊芯片塊19用于與上一級(jí)和/或下一級(jí)舵機(jī)33進(jìn)行通訊，接收來(lái)自與舵機(jī)33相連的一上一級(jí)舵機(jī)的識(shí)別號(hào)或識(shí)別號(hào)及動(dòng)作指令信息，或傳遞與舵機(jī)33相連的一下一級(jí)舵機(jī)的識(shí)別號(hào)或識(shí)別號(hào)及動(dòng)作指令信息。具體地，在舵機(jī)33初始化時(shí)，主控芯片11通過(guò)通訊芯片19接收上一級(jí)舵機(jī)分配給本級(jí)舵機(jī)33分配的識(shí)別號(hào)，同時(shí)接收動(dòng)作指令信息，并傳輸至主控芯片11；以及傳遞向下一級(jí)舵機(jī)分配的相應(yīng)的識(shí)別號(hào)，同時(shí)傳輸動(dòng)作指令信息，能夠完成所有舵機(jī)33初始化過(guò)程中的識(shí)別號(hào)的依次分配，避免舵機(jī)33的識(shí)別號(hào)固定而導(dǎo)致組裝不便。

進(jìn)一步地，在舵機(jī)33正常工作時(shí)，主控芯片11通過(guò)通訊芯片19與上一級(jí)舵機(jī)和/或下一級(jí)舵機(jī)進(jìn)行半雙工通訊，以傳輸對(duì)應(yīng)的識(shí)別號(hào)和動(dòng)作指令信息。當(dāng)然，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以只傳輸動(dòng)作指令信息，并在該動(dòng)作指令信息中攜帶對(duì)應(yīng)的識(shí)別號(hào)。

請(qǐng)參閱圖5，圖5是本發(fā)明機(jī)器人一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，機(jī)器人30包括中央處理器31、CAN總線(xiàn)32以及多個(gè)舵機(jī)33。每個(gè)舵機(jī)33包括如上所述的舵機(jī)主板10，每個(gè)舵機(jī)主板10通過(guò)CAN總線(xiàn)32與中央處理器31進(jìn)行通訊。

上述實(shí)施方式，通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片將感應(yīng)到的電機(jī)當(dāng)前的工作電流直接傳輸給驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行處理并反饋給主控芯片，能夠減少采集芯片的外圍電路元件，節(jié)省電路板空間、減小電路板尺寸。

綜上所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解，本發(fā)明提供一種舵機(jī)主板及機(jī)器人，通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片將感應(yīng)到的電機(jī)當(dāng)前的工作電流直接傳輸給驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行處理并反饋給主控芯片，能夠減少采集芯片的外圍電路元件、節(jié)省電路板空間及減小電路板尺寸。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施方式，并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。