專利名稱：單芯片多重伺服馬達控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種具有單芯片多重伺服馬達控制器。
技術背景機器人的研究， 一直是工業(yè)界的一項重點。其中，人型或其它多 手足機器人由于關節(jié)多，需要多個伺服馬達來控制其關節(jié)運動。 一般 而言，每一個伺服馬達需要一個對應的微控制器集成電路來控制，其 結構大致如圖1所示微控制器集成電路IO產(chǎn)生信號控制馬達驅(qū)動器 25，進而驅(qū)動馬達20，由馬達20轉(zhuǎn)動齒輪30，以帶動機器人的關節(jié) 運動。在微控制器集成電路IO之內(nèi)，則包含有一個微控器核心邏輯11， 此微控器核心邏輯11控制整個微控制器集成電路的操作。發(fā)送器(TX) 12和接收器(RX)13負責與外界溝通，以傳遞和接受外界的信息，例如 狀態(tài)回傳、接受馬達控制命令等。馬達驅(qū)動器25的速度由微控制器集 成電路10內(nèi)部的脈寬調(diào)變信號產(chǎn)生器(圖中簡稱"PWM" ) 14所控制， 其轉(zhuǎn)動方向則由方向信號產(chǎn)生器(圖中簡稱"方向")15所控制。此 外，在微控制器集成電路10的外部，電流傳感器40與旋轉(zhuǎn)傳感器50 分別偵測馬達驅(qū)動器25的電流量以及馬達20的轉(zhuǎn)動位置，并將結果 反饋給微控制器集成電路10的內(nèi)部。自電流傳感器40與旋轉(zhuǎn)傳感器 50而來的反饋信號分別由電流信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(圖中簡稱"電流 A/D" ) 17和位置信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(圖中簡稱"位置A/D" ) 18 所接收，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以供進一步運算，并根據(jù)運算結果來控 制脈寬調(diào)變信號產(chǎn)生器14和方向信號產(chǎn)生器15。上述現(xiàn)有技術中，其接收器13所接收的馬達控制命令信號波形大 致如圖2。圖中符號T代表馬達控制命令的周期，為固定值， 一般在 16至23毫秒(ms)之間；而符號tl, t2， t3則分別代表每一命令周期內(nèi)的馬達控制命令信號，根據(jù)其時間長度，決定該周期內(nèi)馬達轉(zhuǎn)動的位置。圖中顯示tl， t2， t3均相等，表示伺服馬達在這三個命令周期接收到相同 的位置命令。 一般而言，馬達控制命令信號時間約在0.9至2.1毫秒之 間變動，分別對應于轉(zhuǎn)動負60度至正60度。較精細的伺服馬達，其 馬達控制命令的分辨率較高。以上的現(xiàn)行架構中，其缺點在于，每一個伺服馬達都需要一個對 應的微控制器集成電路來控制，而微控制器集成電路的成本十分昂貴。 特別在人型機器人的應用場合中，其關節(jié)控制需要十七組的伺服馬達 與對應的微控制器集成電路，不但硬件成本極高，而且造成機器人內(nèi) 部布線的問題。有鑒于此，本設計人提出一種單芯片多重伺服馬達控制器，通過 單一微控制器集成電路芯片來控制兩個以上的馬達，以解決現(xiàn)有技術 的問題，并可提供更大的布線彈性。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術的不足與缺陷，提出一 種單芯片多重伺服馬達控制器，來控制兩個以上的馬達，并可提供更大的布線彈性。為達上述目的，本實用新型提供一種單芯片多重伺服馬達控制器， 與至少兩組馬達驅(qū)動器耦接，以驅(qū)動至少兩組外部馬達；所述單芯片 多重伺服馬達控制器包括 一個接收器，以供接受馬達控制命令信號； 至少兩組脈寬調(diào)變信號產(chǎn)生器，用以控制該至少兩組馬達驅(qū)動器驅(qū)動 電流及馬達的轉(zhuǎn)動位置；至少兩組方向信號產(chǎn)生器，用以控制該至少 兩組馬達驅(qū)動器驅(qū)動電流及馬達轉(zhuǎn)動的方向；以及一個微控器核心邏 輯，與以上電路耦接，以控制其操作。上述架構中，其微控器核心邏輯以多重微控器核心邏輯為佳。上述架構中，較佳實施方式為，該接收器可供接受至少兩組馬達 控制命令信號。上述架構中，尚可包括有一個發(fā)送器，以對外部傳送信息，其中 該發(fā)送器對外部傳送的信息包括至少兩組馬達的狀態(tài)。本實用新型的有益技術效果在于，單芯片多重伺服馬達控制器克 服了現(xiàn)有技術的不足，其可以控制兩個以上的馬達，并可提供更大的 布線彈性。下面通過具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易了解本 實用新型的目的、技術內(nèi)容、特點及其所達成的功效。


圖1為現(xiàn)有技術馬達控制電路的示意圖；圖2為現(xiàn)有技術馬達控制電路的接收器所接收的馬達控制命令信 號波形圖；圖3為根據(jù)本實用新型的馬達控制電路的示意圖，其中包含本實 用新型的單芯片多重伺服馬達控制器；圖4為本實用新型的接收器所接收的馬達控制命令信號波形圖。圖中符號說明10微控制器集成電路11微控器核心邏輯12發(fā)送器13接收器14脈寬調(diào)變信號產(chǎn)生器15方向信號產(chǎn)生器17電流信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器18位置信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器20馬達21第一馬達22第二馬達25馬達驅(qū)動器30齒輪31第一齒輪32第二齒輪40電流傳感器41第一電流傳感器42第二電流傳感器50旋轉(zhuǎn)傳感器51第一旋轉(zhuǎn)傳感器52第二旋轉(zhuǎn)傳感器100單芯片多重伺服馬達控制器101多重微控器核心邏輯141第一脈寬調(diào)變信號產(chǎn)生器142第二脈寬調(diào)變信號產(chǎn)生器151第一方向信號產(chǎn)生器152第二方向信號產(chǎn)生器171第一電流信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器172第二電流信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器181第一位置信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器182第二位置信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器251第一馬達驅(qū)動器252第二馬達驅(qū)動器具體實施方式
請參閱圖3，本實用新型所提出的單芯片多重伺服馬達控制器，可 以控制兩個以上的馬達；為簡化圖面起見，圖中僅示出兩組馬達和對應的零件、電路，第三組以上則省略。如圖所示，單芯片多重伺服馬達控制器IOO可通過控制兩組馬達 驅(qū)動器(第一和第二馬達驅(qū)動器251、 252)，而分別驅(qū)動兩個以上的 馬達21、 22。兩組馬達21、 22分別轉(zhuǎn)動對應的齒輪31、 32，由此得 以帶動機器人兩個以上關節(jié)的運動。在單芯片多重伺服馬達控制器100 之內(nèi)，因應控制兩組伺服馬達的需要，包含有兩組脈寬調(diào)變信號產(chǎn)生 器和兩組方向信號產(chǎn)生器。詳言之，第一和第二馬達驅(qū)動器251、 252 的驅(qū)動電流分別為第一和第二脈寬調(diào)變信號產(chǎn)生器(圖中簡稱"第一和 第二PWM")141、 142所控制，其驅(qū)動電流方向則分別由第一和第二 方向信號產(chǎn)生器(圖中簡稱"第一和第二方向")151、 152所控制。 此外，自第一和第二電流傳感器4K 42與第一和第二旋轉(zhuǎn)傳感器51、 52而來的反饋信號，則分別由第一和第二電流信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(圖 中簡稱"第一、第二電流A/D" ) 171、 172和位置信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換 器(圖中簡稱"第一、第二位置A/D" ) 181、 182所接收，并轉(zhuǎn)換成 數(shù)字信號，以供進一步運算，并根據(jù)運算結果來控制第一和第二脈寬 調(diào)變信號產(chǎn)生器141、 142與第一和第二方向信號產(chǎn)生器151、 152。雖然以上所述電路必須設置兩組，然而，單芯片多重伺服馬達控 制器100中僅需要設置一組發(fā)送器(TX) 12和一組接收器(RX) 13，以供 與外界溝通，傳遞和接受外界的信息。在此架構下，接收器13所接收的馬達控制命令信號波形，請參閱 圖4。圖中符號Tl代表第一組伺服馬達控制命令的周期，符號T2代 表第二組伺服馬達控制命令的周期，兩者皆為固定值。符號tll，tl2分 別代表第一組伺服馬達命令周期內(nèi)的馬達控制命令信號，根據(jù)其時間 長度，決定該周期內(nèi)馬達轉(zhuǎn)動的位置。圖中顯示tll和tl2相等，表示 第一組伺服馬達在這兩個命令周期內(nèi)接收到相同的位置命令。符號t21， t22分別代表第二組伺服馬達命令周期內(nèi)的馬達控制命令信號，其中信 號t21與信號tll相隔一段時間，以便利彼此區(qū)隔；馬達控制命令信號的判讀，可以根據(jù)信號的上升緣來開始計算其時間長度，并根據(jù)其時間長度，決定該周期內(nèi)馬達轉(zhuǎn)動的位置。圖中顯示t21和t22不相等，表示第二組伺服馬達在這兩個命令周期內(nèi)接收到不同位置命令。如前所述， 一般而言馬達控制命令周期在16至23毫秒之間，而 馬達控制命令信號時間長度約在0.9至2.1毫秒之間，因此顯然有充裕 的時間，可以傳遞多組馬達控制命令信號。雖然圖4基本上是表示接收器13所接收的馬達控制命令信號波 形，但同樣的架構也可以應用來發(fā)送信號。亦即，單一發(fā)送器12可以 使用圖4所示的波形來傳遞兩組以上的信息，例如兩組以上馬達的狀 態(tài)信號。此外，單芯片多重伺服馬達控制器100中僅包含一個多重微控器 核心邏輯IOI。與現(xiàn)有技術不同的是，此微控器核心邏輯為多重微控器 核心邏輯，亦即，其中包含多個可以獨立作業(yè)的微控器核心邏輯。根 據(jù)本實用新型的其中一種較佳實施方式，該多重微控器核心邏輯101 并不需要具備多組完整的微控器核心邏輯結構，其許多電路可以共享， 因此在硬件架構上，并不需要倍數(shù)的面積與硬件成本。例如，在多重 微控器核心邏輯101中，可以僅設置一組程序內(nèi)存，而不需要多組程 序內(nèi)存。有關此部份的細節(jié)，請參閱本申請人于2005年6月6日所申 請的TW第200510075579.9號申請案。雖然使用TW第200510075579.9號申請案中所記載的架構，在實 施本實用新型時較為便利，但本實用新型并不局限于此，如采用其它 種類的多重微控器核心邏輯、甚至功能較高的單微控器核心邏輯也是 可行的。此時，本實用新型仍較圖1所示的現(xiàn)有技術來得優(yōu)越，因本 實用新型僅需要設置一組發(fā)送器(TX) 12和接收器(RX) 13，且由于僅使 用一個單芯片來控制多組馬達，因此其整體控制線路也較為簡單。本實用新型己根據(jù)較佳實施例予以說明如上，但是以上所述的實 施例僅為說明本實用新型的技術思想及特點，其目的在使本領域技術 人員能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，當不能以之限定本實用 新型的專利范圍。例如，本實用新型并不局限于控制機器人關節(jié)，亦 可應用于其它場合；亦不限于位置的控制，可擴及速度及電流等的控 制；又如，馬達驅(qū)動器等外部零件，亦可以整合在集成電路之內(nèi)；再 如，所說明的馬達控制命令周期時間與信號時間，僅為舉例，不應作 為本實用新型的限制。因此，大凡依本實用新型所揭示的精神所作的 均等變化或修飾，仍應涵蓋在本實用新型的專利范圍內(nèi)。
權利要求1. 一種單芯片多重伺服馬達控制器，與至少兩組馬達驅(qū)動器耦接，以驅(qū)動至少兩組外部馬達；其特征在于，所述單芯片多重伺服馬達控制器包括一個接收器，以供接受馬達控制命令信號；至少兩組脈寬調(diào)變信號產(chǎn)生器，用以控制該至少兩組馬達驅(qū)動器驅(qū)動電流及馬達的轉(zhuǎn)動位置；至少兩組方向信號產(chǎn)生器，用以控制該至少兩組馬達驅(qū)動器驅(qū)動電流及馬達轉(zhuǎn)動的方向；以及一個微控器核心邏輯，與以上電路耦接，以控制其操作。
2. 如權利要求1所述的單芯片多重伺服馬達控制器，其特征在于， 更包含有至少兩組電流信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，與該多重微控器核心邏 輯耦接，所述至少兩組電流信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器接受有關該至少兩組 馬達驅(qū)動器驅(qū)動電流的反饋信號，并將該信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
3. 如權利要求2所述的單芯片多重伺服馬達控制器，其特征在于， 該至少兩組電流信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收自至少兩組外部電流傳感器 而來的信號。
4. 如權利要求1所述的單芯片多重伺服馬達控制器，其特征在于， 更包含有至少兩組位置信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，與該多重微控器核心邏 輯耦接，所述至少兩組位置信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器接受有關該至少兩組 外部馬達轉(zhuǎn)動位置的反饋信號，并將該信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
5. 如權利要求4所述的單芯片多重伺服馬達控制器，其特征在于， 該至少兩組位置信號模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收自至少兩組外部旋轉(zhuǎn)傳感器 而來的信號。
6. 如權利要求1所述的單芯片多重伺服馬達控制器，其特征在于， 該微控器核心邏輯為多重微控器核心邏輯。
7. 如權利要求6所述的單芯片多重伺服馬達控制器，其特征在于， 該多重微控器核心邏輯中僅具有一組程序內(nèi)存。
8. 如權利要求1所述的單芯片多重伺服馬達控制器，其特征在于， 該接收器接受至少兩組馬達控制命令信號。
9. 如權利要求1所述的單芯片多重伺服馬達控制器，其特征在于, 更包括有一個發(fā)送器，以對外部傳送信息。
10. 如權利要求9所述的單芯片多重伺服馬達控制器，其特征在 于，該發(fā)送器對外部傳送的信息包括至少兩組馬達的狀態(tài)。
專利摘要本實用新型涉及一種單芯片多重伺服馬達控制器，與至少兩組馬達驅(qū)動器耦接，以驅(qū)動至少兩組外部馬達；所述單芯片多重伺服馬達控制器包括一個接收器，以供接受馬達控制命令信號；至少兩組脈寬調(diào)變信號產(chǎn)生器，用以控制該至少兩組馬達驅(qū)動器驅(qū)動電流及馬達的轉(zhuǎn)動位置；至少兩組方向信號產(chǎn)生器，用以控制該至少兩組馬達驅(qū)動器驅(qū)動電流及馬達轉(zhuǎn)動的方向；以及一個微控器核心邏輯，與以上電路耦接，以控制其操作。
文檔編號G05D3/00GK201124414SQ20072015715
公開日2008年10月1日 申請日期2007年7月26日 優(yōu)先權日2007年7月26日
發(fā)明者林定平, 鄭茂興 申請人:應廣科技股份有限公司