舵机控制系统以及机器人的制作方法

本实用新型涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种舵机控制系统以及机器人。

背景技术：

随着科技的进步，机器人技术得到了极大地发展，其已经逐渐地走进了人们的日常生活中。在机器人技术中，舵机控制系统是其重要的组件，控制着机器人执行各种操作。

舵机控制系统中大多采用三相无刷驱动电机驱动机器人的各个活动部件以驱使机器人执行各种操作，但是，现有舵机控制系统中的驱动电路驱动大功率的驱动电机时往往会存在散热不佳的问题，且驱动能力有限。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种舵机控制系统以及机器人，能够方便散热，增强驱动能力。

为解决上述问题，本实用新型提供的一种舵机控制系统，应用于一舵机，舵机控制系统包括：主控模块；及驱动模块，包括驱动电路和电子开关电路，驱动电路与主控模块连接，电子开关电路连接在驱动电路与舵机中的驱动电机之间；其中，驱动电路接收主控模块输出的控制信号并根据控制信号而输出驱动信号，电子开关电路根据驱动信号而输出驱动脉冲至驱动电机以控制驱动电机的旋转。

其中，驱动电机包括第一端子、第二端子以及第三端子，驱动电路包括三个驱动单元，同时给驱动电机的第一端子、第二端子、以及第三端子中的任意两个端子上电，进而控制驱动电机正转或反转。

其中，电子开关电路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管以及第六MOS管，第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管以及第六MOS管的控制端与驱动电路连接，第一MOS管、第三MOS管以及第五MOS管的第一通路端接一第一参考电压，第一MOS管的第二通路端与第二MOS管的第一通路端以及驱动电机的第一端子连接，第三MOS管的第二通路端与第四MOS管的第一通路端以及驱动电机的第二端子连接，第五MOS管的第二通路端与第六MOS管的第一通路端以及驱动电机的第三端子连接，第二MOS管、第四MOS管以及第六MOS管的第二通路端与一第二参考电压连接。

其中，用于驱动驱动电机的第一端子的驱动单元包括：驱动芯片、第一电容、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一二极管、第七电阻、第八电阻、第二二极管、第三二极管以及第二电容；驱动芯片包括第一至第八端；

驱动芯片的第一端接第一电压端，第一端还通过第一电容接地，驱动芯片的第二端和第三端与主控芯片连接，第二端还通过第四电阻接第二电压端，第三端还通过第五电阻接地，驱动芯片的第四端连接至第二MOS管的第二通路端，驱动芯片的第五端通过第六电阻与第二MOS管的控制端连接，第六电阻的两端并联第一二极管，且第一二极管的阴极与驱动芯片的第五端连接，第一二极管的阳极与第二MOS管的控制端连接，驱动芯片的第六端连接至第一MOS管的第二通路端，驱动芯片的第七端通过第七电阻与第一MOS管的控制端连接，第七电阻的两端并联第二二极管，且第二二极管的阴极与驱动芯片的第七端连接，第二二极管的阳极与第一MOS管的控制端连接，驱动芯片的第八端依次通过第八电阻和第三二极管连接至第一电压端，且第三二极管的阴极与第八电阻连接，第三二极管的阳极与驱动芯片的第一端连接，驱动芯片的第八端与第六端之间通过第二电容而连接。

其中，舵机控制系统还包括电流采样模块，电流采样模块的输入端与电子开关电路连接，输出端与主控模块连接；电流采样模块用于采集驱动电机的当前工作电流并传输至主控模块。

其中，舵机控制系统还包括通讯模块，与主控模块以及上位机连接，用于维持主控模块与上位机的通讯。

其中，舵机控制系统还包括与主控模块相连的电源模块和电量检测模块，电源模块用于为舵机提供电源，电量检测模块用于采集舵机内部一电池的电量。

其中，舵机控制系统还包括与主控模块相连的角度采集模块，角度采集模块用于获取舵机旋转的角度信息，主控模块根据角度信息控制舵机的运动。

其中，舵机控制系统还包括温度采集模块，与主控模块连接，并用于采集驱动电机的温度，若所采集到的驱动电机的温度大于一预设阈值，则主控模块控制驱动电机停止旋转，或降低驱动电机旋转的速度。

本实用新型还提供一种机器人，包括中央处理器、CAN总线以及多个舵机，每个舵机包括前述的舵机控制系统，每个舵机控制系统通过CAN总线与中央处理器进行通讯。

通过上述方案，本实用新型的有益效果是：区域别于现有技术，本实用新型的舵机控制系统包括：主控模块；及驱动模块，包括驱动电路和电子开关电路，驱动电路与主控模块连接，电子开关电路连接在驱动电路与舵机中的驱动电机之间；其中，驱动电路接收主控模块输出的控制信号并根据控制信号而输出驱动信号，电子开关电路根据驱动信号而输出驱动脉冲至驱动电机以控制驱动电机的旋转，通过将驱动电路与电子开关电路分离设置，能够方便散热，增强驱动能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本实用新型较佳实施例的舵机的方框示意图；

图2是图1的驱动模块的电路示意图；

图3是图1的驱动电路的电路图；

图4是本实用新型较佳实施例的舵机控制系统的方框示意图；

图5A是图4中用于采集驱动电机A相的工作电流的电流采样模块的电路示意图；

图5B是图4中用于采集驱动电机C相的工作电流的电流采样模块的电路示意图；

图6是图4的温度采集模块的电路示意图；

图7是本实用新型较佳实施例的机器人的方框示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一区域分实施方式，而不是全区域实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型较佳实施例的舵机的方框示意图。如图1所示，舵机控制系统10应用于一舵机33，其包括：主控模块11和驱动模块12。驱动模块12包括驱动电路121和电子开关电路122。请一并参照图2，所述舵机33包括一驱动电机20，所述驱动电路121与主控模块11连接，电子开关电路122连接在驱动电路121与舵机33的驱动电机20之间。其中，驱动电路121接收主控模块11输出的控制信号并根据控制信号而输出驱动信号，电子开关电路122根据驱动信号而输出驱动脉冲信号至驱动电机20以控制驱动电机20的旋转。本实用新型实施例通过将驱动电路121和电子开关电路122分离设置，能够方便散热，增强驱动能力。

在本实用新型实施例中，驱动电机20为三相电机，三相绕组中点接在一起，任意瞬时总有两相绕组通电控制驱动电机20正转或反转，该驱动电机20包括第一端子A、第二端子B、及第三端子C。电子开关电路122包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5以及第六MOS管Q6。第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5以及第六MOS管Q6的控制端与驱动电路121连接。第一MOS管Q1、第三MOS管Q3以及第五MOS管Q5的第一通路端接一第一参考电压VDD1，第一MOS管Q1的第二通路端与第二MOS管Q2的第一通路端以及驱动电机20的第一端子A(亦即A相)连接，第三MOS管Q3的第二通路端与第四MOS管Q4的第一通路端以及驱动电机20的第二端子B(亦即B相)连接，第五MOS管Q5的第二通路端与第六MOS管Q6的第一通路端以及驱动电机20的第三端子C(亦即C相)连接。第二MOS管Q2、第四MOS管Q4以及第六MOS管Q6的第二通路端与一第二参考电压VSS连接。其中，第一参考电压VDD1优选为24V，第二参考电压VSS为地。

更具体地，第一MOS管Q1的控制端与驱动电路121的第一端PWM_AT连接，第一MOS管Q1的第二通路端与驱动电路121的第二端PHASE_A连接。第二MOS管Q2的控制端与驱动电路121的第三端PWM_AB连接，第二MOS管Q2的第二通路端与驱动电路121的第四端I_PHASE_A连接。第三MOS管Q3的控制端与驱动电路121的第五端PWM_BT连接，第三MOS管Q3的第二通路端与驱动电路121的第六端PHASE_B连接。第四MOS管Q4的控制端与驱动电路121的第七端PWM_BB连接，第四MOS管Q4的第二通路端与驱动电路121的第八端I_PHASE_B连接。第五MOS管Q5的控制端与驱动电路121的第九端PWM_CT连接，第五MOS管Q5的第二通路端与驱动电路121的第十端PHASE_C连接。第六MOS管Q6的控制端与驱动电路121的第十一端PWM_CB连接，第六MOS管Q6的第二通路端与驱动电路121的第十二端I_PHASE_C连接。第二MOS管Q2、第四MOS管Q4以及第六MOS管Q6的第一通路端分别与所述第一MOS管Q1、第三MOS管Q3及第五MOS管Q5的第二通路端连接。第二MOS管Q2、第四MOS管Q4以及第六MOS管Q6的第二通路端还分别通过第一电阻R1、第二电阻R2以及第三电阻R3接地。每一MOS管的第一通路端及第二通路端分别对应MOS管的漏极和源极。

电子开关电路122的工作原理如下：

驱动电路121的第一端PWM_AT输出控制信号至第一MOS管Q1的控制端，第三端PWM_AB输出控制信号至第二MOS管Q2的控制端，分别控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2导通，进而给驱动电机20的第一端子A上电。

类似地，驱动电路121通过第五端PWM_BT和第七端PWM_BB分别控制第三MOS管Q3和第四MOS管Q4导通，以给驱动电机20的第二端子B上电。驱动电路121通过第九端PWM_CT和第十一端PWM_CB分别控制第五MOS管Q5和第六MOS管Q6导通，以给驱动电机20的第三端子C上电。在本实用新型实施例中，驱动电路121通过电子开关电路122同时给驱动电机20的第一端子A、第二端子B、以及第三端子C中的任意两个端子上电，进而控制驱动电机20正转或反转。

驱动电路121包括三个驱动单元，分别用于驱动驱动电机20的第一端子A、第二端子B、及第三端子C。请参见图3，以用于驱动驱动电机20的第一端子A的驱动单元123为例。驱动单元123包括驱动芯片124，驱动芯片124包括第一至第八端1～8，所述驱动芯片124的第一端1接一第一电压端P_15V，该第一端1还通过一第一电容C1接地，第二端2和第三端3与主控芯片11连接。第二端2还通过一第四电阻R4接第二电压端P_3.3V_，第三端3还通过第五电阻R5接地。驱动芯片124的第四端4进一步连接至所述第二MOS管Q2的第二通路端I_PHASE_A(如图2所示)。驱动芯片124的第五端5通过一第六电阻R6与第二MOS管Q2的控制端PWM_AB(如图2所示)连接，第六电阻R6的两端并联一第一二极管D1，且第一二极管D1的阴极与驱动芯片124的第五端5连接，第一二极管D1的阳极与第二MOS管Q2的控制端PWM_AB(如图2所示)连接。驱动芯片124的第六端6进一步连接至第一MOS管Q1的第二通路端PHASE_A(如图2所示)，驱动芯片124的第七端7通过一第七电阻R7与第一MOS管Q1的控制端PWM_AT(如图2所示)连接，第七电阻R7的两端并联一第二二极管D2，且第二二极管D2的阴极与驱动芯片124的第七端7连接，第二二极管D2的阳极与第一MOS管Q1的控制端PWM_AT(如图2所示)连接。驱动芯片124的第八端8依次通过一第八电阻R8和一第三二极管D3而连接至第一电压端P_15V、驱动芯片124的第一端1及第一电容C1之间的节点，且第三二极管D3的阳极与驱动芯片124的第一端1连接，第三二极管D3的阴极与第八电阻R8连接。驱动芯片124的第八端8和第六端6之间通过第二电容C2而连接。

驱动芯片124通过第七端7和第五端5分别输出控制信号至第一MOS管Q1的控制端PWM_AT和第二MOS管Q2的控制端PWM_AB，控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2导通，进而给驱动电机20的第一端子A上电。

驱动电路121的第二端PHASE_A为自举端。工作时，将驱动电路121的第一电压端P_15V连接至驱动电路121的第一端PWM_AT，以向第一MOS管Q1的控制端提供15V电压，从而控制第一MOS管Q1的控制端的电压大于第二通路端的电压，以再次导通第一MOS管Q1。

驱动电路121中的用于驱动驱动电机20的第二端子B(B相)以及第三端子C(C相)的驱动单元与第一端子A的驱动单元123的结构组成、元件连接及工作原理关系相同，在此不再赘述。在本实用新型实施例中，驱动电路121同一时间给驱动电机20的第一端子A、第二端子B以及第三端子C中的两个端子上电，进而控制驱动电机20正转或反转。在本实用新型实施例中，参见图4，舵机控制系统10还包括电流采样模块13。电流采样模块13的输入端与驱动模块12的电子开关电路122连接，电流采样模块13的输出端与主控模块11连接。电流采样模块13用于采集驱动电机20的当前工作电流并传输至主控模块11。具体地，电流采样模块13包括第一至第三电流采样电路，分别对驱动电机20的三个相A、B、C进行电流采样。其中图5A是图4中用于采集驱动电机A相的工作电流的电流采样模块13中的第一电流采样电路131的电路示意图，第一电流采样电路131用于采样驱动电机20的A相进行电流采样。第一电流采样电路131包括第九电阻R9、第二电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第三电容C3以及第四电容C4。第九电阻R9的第一端与第二MOS管Q2的第二通路端连接，第九电阻R9的第二端通过第十一电阻R11接第二电压端P_3.3V。第九电阻R9的第二端还通过第三电容C3接地。第十电阻R10的第一端连接在第三电容C3与地之间。第十电阻R10的第二端以及第九电阻R9的第二端与主控模块11连接。第十电阻R10还经过第十二电阻R12与主控模块11连接，且第四电容C4并联于所述第十二电阻R12的两端。用于采样驱动电机20的B相的电流采样电路与电流采样电路131结构组成、元件连接及工作原理关系相同，在此不再赘述。

图5B是图4中用于采集驱动电机A相的工作电流的电流采样模块13中的第二电流采样电路132的电路示意图，第二采样电路132用于驱动电机20的C相进行电流采样。第二采样电路132包括第十三电阻R13、第十四电阻R14以及第五电容C5。第十三电阻R13的第一端与第六MOS管Q6的第二通路端连接，第二端通过第十四电阻R14接第二电压端P_3.3V，第十三电阻R13的第二端还通过第五电容C5接地，第十三电阻R13的第二端还与主控模块11连接，以将检测的电流反馈给主控模块11。

继续参见图4，舵机控制系统10还包括通讯模块14，与主控模块11以及上位机连接，用于维持主控模块11与上位机的通讯，以传输舵机的动作信息和指令。

进一步参见图4，舵机控制系统10还包括与主控模块11相连的电源模块15和电量检测模块16。电源模块15用于为舵机提供电源，电量检测模块16用于采集舵机内部一电池的电量。

舵机控制系统10还包括与主控模块11相连的角度采集模块17，角度采集模块17用于获取舵机旋转的角度信息，主控模块11根据角度信息控制舵机的运动。在本实用新型实施例中，角度采集模块17可以为磁编码器，用于根据驱动电机旋转时的磁场变化获取舵机转动的角度信息。角度采集模块17也可以是电位器构成，根据驱动电机的位置变化获取舵机转动的角度信息。

继续参见图4，舵机控制系统10还包括温度采集模块18，与主控模块11连接，并用于采集驱动电机的温度，若所采集到的驱动电机的温度大于一预设阈值，则主控模块11控制驱动电机停止旋转，或降低驱动电机旋转的速度。如图6所示，温度采集模块18包括：第十五电阻R15、第十六电阻R16以及第六电容C6。第十五电阻R15的第一端接第二电压端P_3.3V，第二端通过第十六电阻R16和第六电容C6接地，第十五电阻R15的第二端还与主控模块11连接，以将检测的温度信息通过电信号反馈至主控模块11，使主控模块11根据检测的温度信息进一步控制驱动电机20的旋转。在本实施例中，第十六电阻R16为负温度系数热敏电阻，其阻值随温度变化，与第十五电阻R15进行分压转换成电信号，然后输出至主控模块11。

本实用新型还提供一种机器人，如图7所示，机器人30包括中央处理器31、CAN总线32以及多个舵机33。每个舵机33包括如上所述的舵机控制系统10，每个舵机控制系统10通过CAN总线32与中央处理器31进行通讯。

综上所述，本实用新型的舵机控制系统包括：主控模块11；及驱动模块12，包括驱动电路121和电子开关电路122，驱动电路121与主控模块11连接，电子开关电路122连接在驱动电路121与舵机中的驱动电机20之间；其中，驱动电路121接收主控模块11输出的控制信号并根据控制信号而输出驱动信号，电子开关电路122根据驱动信号而输出驱动脉冲至驱动电机20以控制驱动电机20的旋转，通过将驱动电路121与电子开关电路122分别独立设置，能够方便元件散热，增强驱动能力。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。