具有示教功能的数字舵机通讯板的制作方法

本实用新型属于数字舵机控制领域领域，具体涉及一种具有示教功能的数字舵机通讯板。

背景技术：

专利号：201320678270.9《串行总线舵机解码器》的实质为舵机信号产生器，单片机识别上位机所发来的指令，从信号线输出标准舵机信号驱动普通舵机。上述专利存在不足：控制对象为普通舵机，即不具有读取舵机当前状态功能，不能实时掌握舵机当前运行状态。

目前实际存在问题：机器人的示教功能是工业机器人发展趋势之一。随着技术的发展，其方便快速的实现机械臂往复运动的方法将越来越多的运用于工业场合。但传统示教功能的实现是基于复杂的工业控制系统，无法满足功能较简单、示教复杂度不高的情况。

由于数字舵机有实时读取舵机角度、速度等状态的功能，故上位机与舵机间通信需有收、发两条数据传输线。给多关节机器人的布线带来极大困难，同时传统方案也无法凸显串行数字舵机的优势。

数字舵机与上位机通信采用UART协议，由于传输距离及技术本身限制，常会发生信号丢失、错乱、未返回有效数据等问题。因而导致使用人无法实时观测舵机信号收发状态。给舵机使用，机器人调试程序带来较大障碍。一些数字舵机在与上位机通信过程中还存在无法统一波特率、数据包结构的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有示教功能的数字舵机通讯板，以实现以通讯板为核心的舵机示教功能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种具有示教功能的数字舵机通讯板，包括单片机，还包括信号状态显示电路、数字信号处理电路、电源及信号输入接口、电源及信号输出接口；

所述单片机通过数字信号处理电路按照UART协议通过电源及信号输入接口接收上位机信号；

所述单片机通过电源及信号输出接口连接舵机；

所述电源及信号输出接口包括三根，分别为VCC、GND及RX/TX信号线，

所述单片机通过RX/TX信号线连接舵机，实现数据包传输，所述数字信号处理电路配合单片机实现RX/TX信号线切换；

当接收上位机要求舵机返回当前状态信号时，所述单片机控制所述数字信号处理电路打开RX通道接收舵机信号；当上位机发送数据时，向舵机发送符合舵机通信协议信号，所述单片机控制所述数字信号处理电路打开TX发送通道；

所述单片机通过所述数字信号处理电路转换数据信号发送给舵机驱动所述信号状态显示电路，所述信号状态显示电路采用LED。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点：

(1)由于传统实现示教功能的方法往往需要复杂的工业控制系统，其成本及应用的复杂性限制了示教功能在机器人方面的发展，本实用新型在保证低成本的同时以较精巧操作方法使之实现，在实际运用中产生较大的经济效益，拓展示教功能在机器人领域的应用。

(2)实现对舵机信号收发的实时监控，为复杂机器人编程及调试带来极大便利，通过直观的LED状态显示使工程师在调试使用舵机时可以快速找到问题所在，缩短机器人开发时间及成本。

(3)数字舵机信号线减少至一根，实现单线收发信息功能，使得数字串口舵机与普通并行舵机比较有更加明显的优势，避免了在较多自由度的机器人中，如采取双线与舵机通信会导致布线混乱且引入不可靠性。

(4)通过观察通讯板、实时观测舵机与外界信号传输状态，同时实现具有数据格式检验功能。

(5)本通讯板通过单片机控制舵机收发时刻，通过校核信息，可使数字舵机较普通舵机获得更加明显的优势。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型的电路连接示意图。

图3为本实用新型的外部连接方式示意图。

图4为本实用新型的流程图

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合图1至图4和具体实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种具有示教功能的数字舵机通讯板，包括单片机，还包括信号状态显示电路、数字信号处理电路、电源及信号输入接口、电源及信号输出接口；

如图2所示，所述单片机通过数字信号处理电路按照UART协议通过电源及信号输入接口接收上位机信号；所述单片机通过电源及信号输出接口连接舵机；所述电源及信号输出接口包括三根，分别为VCC、GND及RX/TX信号线，所述单片机通过RX/TX信号线连接舵机，实现数据包传输，所述数字信号处理电路配合单片机实现RX/TX信号线切换；当接收上位机信号要求舵机返回当前状态时，所述单片机控制所述数字信号处理电路打开RX通道接收舵机信号；当上位机发送数据时，向舵机发送符合舵机通信协议信号,所述单片机控制所述数字信号处理电路打开TX发送通道；所述单片机通过所述数字信号处理电路转换数据信号发送给舵机驱动所述信号状态显示电路，所述信号状态显示电路采用LED。

如图3所示，本实用新型通讯板通过电源供电，与上位机或电脑进行双工通信，与舵机1和舵机2进行双工通信。

实施例：主控可以为上位机或电脑，(若为电脑需使用USB转TTL模块)按照UART协议连接主控与通讯板。通过VCC、GND接口为通讯板供电；通过输出接线(三根)为数字舵机供电，实现数据包的传输；三线分别为VCC、GND及信号线，如图4所示：

1、示教功能实现方式：

上位机依据通信协议向通讯板发送数据包，通讯板接收数据后向LED发送指令使之闪烁。进入示教模式，设置数字舵机为轮子模式(可受外力旋转)。可用外力驱动舵机到某一位置，通讯板向舵机发送请求当前状态指令，之后识别保存舵机角度信息。继续转动舵机至另一位置，重复读取舵机信息后保存。示教次数及设置间隔时间可通过指令设置。演示过程结束，进入重复状态。此后通讯板独立按照约定时间及次数不断循环发送舵机角度，实现舵机示教功能。当机器人由配有通讯板的数字舵机时，可实现复杂动作的不断重复，实现功能。

2、将信号线减少至一根的实现方式：

依据UART通信协议，其为全双工通信。但在实际控制舵机时并不需要在数据发送的同时要求数据传回，故可将数据传输线减少至一根。利用单片机配合数字信号处理电路(使用74HC126D芯片)实现对TX、RX信号线的切换。在通讯板接收到上位机信号要求舵机返回当前状态(当前舵机角度、剩余执行步数、PID参数等)时，单片机控制74HC126D打开通讯板RX通道接收舵机信号。其余时间均打开TX发送通道，在上位机发送数据包后通讯板项舵机发送符合舵机通信协议的信号。利用此电路进而实现了通讯板与舵机间的三线连接。

3、通讯板显示舵机信号状态实现方式：

通讯板单片机接收到符合协议的数据包进行转换发送给舵机后驱动LED进行闪烁一次，此时即为舵机成功接收一次控制指令。在舵机返回数据发送给通讯板时，通讯板识别为协议规定格式的数据时，驱动LED闪烁两次。使用者即可知道此时舵机返回数据成功。实现对舵机信号收发状态的实时监测。

应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。