总线舵机级联系统及方法

本发明属于自动控制技术领域，特别用于人形机器人制造、航模控制、船 模控制等行业技术领域，尤其涉及人形机器人用舵机控制的系统及方法。

舵机最早应用在轮船、飞机、火箭等领域，在船模、航模、车模、及工业 控制领域多有使用。近年来，随着机器人技术的不断发展，很多高校都建立了 机器人创新实验室，很多中小学也开始了机器人技术的教学和比赛，对机器人 的产量和性能提出了更高的需求。舵机是机器人中使用最多和最关键的部件， 舵机体积、结构、性能、控制方式都决定了机器人的整体性能和运行效果。舵 机的级联方式、组装方式、拆卸方式、模块化方式决定了中小学生DIY机器人 的关键因素。

当总线舵机解决了模拟舵机或数字舵机组成的机器人系统的如下缺点时： (1)不能检测到舵机是否转动到位；(2)不能检测到舵机的健康状况，可靠 性不高；(3)响应性慢；(4)舵机运行效率低；(5)无法平滑控制舵机转动 速度、稳定性差；(6)抗扰性能不强。总线舵机的应用范围和数量大大地扩展 了。

当总线舵机解决了舵机的控制性能(如：控制精度、180往复转动/360度连 续旋转、舵机保护、健康数据监测等)时，舵机的级联方式、总线的的电连接 方式、舵机之间的机械连接方式也是非常重要的，在人工智能机器人快速发展 时期，对人工智能机器人的培训需求非常大，对中小学生DIY创新设计机器人 时，舵机之间的机械连接是否方便，拆装是否方便，就变得非常重要了。舵机 之间的电连接方式是否方便也是非常重要的。

目前总线舵机组装机器人时，在机器人中舵机之间的电连接方面，仍然存在 用几十根软排线要与机器人MUC单元连接，如图1所示；存在舵机连接线易 磨损、夹断、扯断的问题；存在总线舵机连接线外露、晃动的问题；舵机级联 连接方面存在拆装使用大量螺钉连接方式，存在拆装不方便的问题、尤其对中 小学生拆装存在很大的难度。

本发明的目的是提供总线舵机级联系统及方法，所述总线舵机控制系统具 体包括：级联模块和总线舵机，如图2所示；

进一步，本发明所述的的总线舵机设置：总线接口板模块31、总线舵机控 制模块32、直流电动机模块33、减速模块34、主轴输出模块35、主轴舵盘级 联模块36、副轴输出模块37、副轴舵盘级联总线模块38、电源模块39、检测 及反馈模块40，如图3所示；

进一步，本发明所述的级联模块设置：主轴舵盘级联模块36、副轴舵盘级 联总线模块38；

进一步，本发明所述的总线接口板模块与机器人MCU单元、副轴舵盘级联 总线模块连接，用于该发明舵机与机器人MCU单元的通信连接；总线舵机控制 模块与总线接口板模块、直流电动机模块、监测及反馈模块连接；减速模块与 直流电动机模块、主轴输出模块、副轴输出模块连接；检测及反馈模块与总线 舵机控制模块、减速模块连接；电源模块与总线接口板模块、总线舵机控制模 块、直流电动机模块、检测及反馈模块连接；主轴输出模块与主轴舵盘级联模 块连接；副轴输出模块与级联舵盘总线模块连接；

进一步，本发明所述的总线接口板模块设置有转触弹簧针插座17、滑触弹 簧针插座18；

进一步，本发明所述的副轴输出模块设置有转触总线开孔11、滑触总线开 孔12、滑动插槽13、弹性定位片14、固定孔15四个；19、副轴及固定孔；

进一步，本发明所述的副轴舵盘总线级联模块设置有副轴定位孔20、总线 G转触环21、总线V转触环22、总线S转触环23、总线G滑触片24、总线V 滑触片25、总线S滑触片26、滑动级联插头27、副轴级联定位孔28；

进一步，总线接口模块安装在副轴输出模块的下方，转触弹簧针插座的3 个总线弹簧针恰好穿过转触总线开孔；滑触弹簧针插座的3个总线弹簧针恰好 穿过滑触总线开孔12；弹簧针插座如图7所示；

进一步，主轴输出模块设置有主轴输出模块滑动插槽52、主轴输出模块弹 性定位片53、主轴输出模块固定孔55、主轴56，如图8所示；

进一步，主轴舵盘总线级联模块设置有主轴滑动级联插头57、主轴舵盘定 位孔58、主轴舵盘59、主轴级联定位孔60；

本发明的另一目的在于提供一种用于总线舵机级联的方法，对于多台舵机 的转轴平行时，所述用于对多台总线舵机级联的方法包括以下步骤：

步骤一：1号副轴舵盘级联总线模块与总线舵机副轴输出模块连接，用自攻 螺钉实现了机械连接，1号副轴舵盘级联总线模块的总线G转触环、总线V转 触环、总线S转触环与总线舵机副轴输出模块的总线开孔伸出的总线接口板上 的G、V、S转触弹簧针实现了电连接。1号副轴舵盘级联总线模块可以绕着副 轴自由转动；

步骤二：1号主轴舵盘级联模块与总线舵机主轴输出模块连接，用自动螺钉 实现机械连接，1号主轴舵盘级联模块绕着主轴一起转动。

步骤三：把1号副轴舵盘级联总线模块的滑动级联插头插入2号总线舵机 的副轴输出模块的滑动插槽，听到卡塔一声，实现了1号副轴舵盘总线模块与2 号总线舵机的机械连接；同时1号副轴舵盘级联总线模块的总线G滑触片、总 线V滑触片、总线S滑触片与2号总线舵机的滑触总线开孔伸出的总线G滑触 针、总线V滑触针、总线S滑触针对应接触，实现了总线的电连接；

步骤四：把1号主轴舵盘级联模块的滑动级联插头插入与2号总线舵机的 主轴输出模块的滑动插槽，听道卡塔一声，实现了机械连接；

步骤五：依次重复上述步骤，可依次级联2号总线舵机、…N号总线舵机；

当使用本发明所述的总线舵机时，解决了几十个舵机连线密密麻麻缠绕的问 题；解决了舵机连接线易磨损、夹断、扯断的问题；解决了总线舵机连接线外 露、晃动的问题；解决了舵机级联连接方面大量使用螺钉连接的问题，解决了 舵机拆装不方便的问题、尤其解决了对中小学生DIY创新设计机器人时，舵 机之间的机械连接、电连接轻松快捷的问题。解大大提高了舵机级联安装的快 速性、稳定性、可靠性、易用性，用于机器人时极大地提高了机器人的各方面 的性能。对中小学生、工人组装调试机器人带来了极大的方便和效率提升。

图1是本发明实施例提供的传统的总线舵机级联系统示意图；

图2是本发明实施例提供的总线舵机级联系统示意图；

图3是本发明实施例提供的总线舵机系统方框图；

图4是本发明实施例提供的副轴输出模块的正视图、侧视图、仰视图；

图5是本发明实施例提供的副轴舵盘连接模块示意图；

图6是本发明实施例提供的总线接口板示意图；

图7是本发明实施例提供的弹簧针插座示意图；

图8是本发明实施例提供的主轴输出模块的正视图、左视图、仰视图

图9是本发明实施例提供的主轴舵盘总线级联模块的正视图、侧视图 示意图

图中：1、1号传统总线舵机；2、2号传统总线舵机；3、N号传统总线舵 机；4、机器人MUC单元；5、总线G；6、总线V；7、总线S；8、副轴输出 模块；9、副轴输出模块；10、副轴输出模块；11、转触总线开孔；12、滑触总 线开孔；13、滑动插槽；14、弹性定位片、15、固定孔x4；16、总线接口板模 块；17、转触弹簧针插座；18、滑触弹簧针插座；19、副轴及固定孔；20、副 轴定位孔；21、总线G转触环；22、总线V转触环；23、总线S转触环；24、 总线G滑触片；25、总线V滑触片；26、总线S滑触片；27、滑动级联插头； 28、副轴级联定位孔；30、机器人MCU单元；31、总线接口板模块；32、总线 舵机控制模块；33、直流电动机模块；34、减速模块；35、主轴输出模块；36、 主轴舵盘连接模块；37、副轴输出模块；38、副轴舵盘级联总线模块；39、电 源模块；40、检测及反馈模块；41、1号总线舵机；42、1号级联模块；43、2 号总线舵机、44、2号级联模块；45、N号总线舵机；46、总线G滑触针；47、 总线V滑触针；48、总线S滑触针；49、总线G转触针；50、总线V转触针； 51、总线S转触针；52、主轴输出模块滑动插槽；53、主轴输出模块弹性定位 片；54、主轴输出模块；55、主轴输出模块固定孔；56、主轴；57、主轴滑动 级联插头；58、主轴舵盘定位孔；59、主轴舵盘；60、主轴级联定位孔；

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并 配合附图详细说明如下。

以下结合图1-图9对本发明的结构做详细的说明：

本发明所述的的总线舵机设置：总线接口板模块31、总线舵机控制模块32、 直流电动机模块33、减速模块34、主轴输出模块35、主轴舵盘级联模块36、 副轴输出模块37、副轴舵盘级联总线模块38、电源模块39、检测及反馈模块 40，如图3所示；

进一步，本发明所述的级联模块设置：主轴舵盘级联模块36、副轴舵盘级 联总线模块38；

进一步，本发明所述的总线接口板模块与机器人MCU单元、副轴舵盘级联 总线模块连接，用于该发明舵机与机器人MCU单元的通信连接；总线舵机控制 模块与总线接口板模块、直流电动机模块、监测及反馈模块连接；减速模块与 直流电动机模块、主轴输出模块、副轴输出模块连接；检测及反馈模块与总线 舵机控制模块、减速模块连接；电源模块与总线接口板模块、总线舵机控制模 块、直流电动机模块、检测及反馈模块连接；主轴输出模块与主轴舵盘级联模 块连接；副轴输出模块与级联舵盘总线模块连接；

进一步，本发明所述的总线接口板模块设置有转触弹簧针插座17、滑触弹 簧针插座18；

进一步，本发明所述的副轴输出模块设置有转触总线开孔11、滑触总线开 孔12、滑动插槽13、弹性定位片14、固定孔15四个；19、副轴及固定孔；

进一步，本发明所述的副轴舵盘总线级联模块设置有副轴定位孔20、总线 G转触环21、总线V转触环22、总线S转触环23、总线G滑触片24、总线V 滑触片25、总线S滑触片26、滑动级联插头27、副轴级联定位孔28；

进一步，总线接口模块安装在副轴输出模块的下方，转触弹簧针插座的3 个总线弹簧针恰好穿过转触总线开孔；滑触弹簧针插座的3个总线弹簧针恰好 穿过滑触总线开孔12；弹簧针插座如图7所示；

进一步，主轴输出模块设置有主轴输出模块滑动插槽52、主轴输出模块弹 性定位片53、主轴输出模块固定孔55、主轴56，如图8所示；

进一步，主轴舵盘总线级联模块设置有主轴滑动级联插头57、主轴舵盘定 位孔58、主轴舵盘59、主轴级联定位孔60；

以下结合图1-图9对本发明的工作原理做详细的说明：

本发明总线舵机级联系统实现良好性能的工作原理如下：

第一步：在本发明所述的总线舵机级联系统中，设置了副轴舵盘级联总线 模块取代了传统总线舵机的软连接导线；根本上克服了软导线磨损、缠绕、固 定、打结等问题；

第二步：在本发明所述的总线舵机级联系统中，副轴舵盘级联总线模块设 置了总线G转触环、总线V转触环、总线S转触环；总线接口板模块上设置了 总线G滑触针、总线V滑触针、总线S滑触针、总线G转触针、总线V转触 针、总线S转触针；用转动滑环电接触、滑动弹簧针电接触取代了传统总线舵 机的总线插头插座固定式电连接方式；克服了传统总线舵机的软导线电连接方 式带来的导线缠绕、磨损、固定、打结等问题。

第三步：在本发明所述的总线舵机级联系统中，副轴输出模块设置了滑动 插槽、弹性定位片；副轴舵盘级联总线模块设置了滑动级联插头、副轴级联定 位孔；用卡槽和卡扣连接方式代替了传动总线舵机螺钉连接方式，克服了传统 总线舵机使用8-10个左右的螺钉才能实现机械连接的问题，实现了舵机级联拆 装快速方便。

第四步：在本发明所述的总线舵机级联系统中，主轴输出模块设置了滑动 插槽、弹性定位片；主轴舵盘级联模块设置了滑动级联插头、主轴级联定位孔； 用卡槽和卡扣连接方式代替了传动总线舵机螺钉连接方式，克服了传统总线舵 机使用8-10个左右的螺钉才能实现机械连接的问题，实现了舵机级联拆装快速 方便。

第五步：通过副轴舵盘舵机级联总线模块实现了1号总线舵机、2号总线舵 机、…、N号总线舵机的总线连接。彻底甩掉了使用软导线方式实现电连接、 用卡槽卡扣方式实现机械连接，极大减少螺钉使用，只在主轴和副轴定位孔位 置使用2个螺钉连接。

本发明总线舵机级联系统提供了用总线舵机级联的方法，对于多台舵机的 转轴平行时，所述发明用于对多台总线舵机级联的方法包括以下步骤：

步骤一：1号副轴舵盘级联总线模块与总线舵机副轴输出模块连接，用自攻 螺钉实现了机械连接，1号副轴舵盘级联总线模块的总线G转触环、总线V转 触环、总线S转触环与总线舵机副轴输出模块的总线开孔伸出的总线接口板上 的G、V、S转触弹簧针实现了电连接。1号副轴舵盘级联总线模块可以绕着副 轴自由转动；

步骤二：1号主轴舵盘级联模块与总线舵机主轴输出模块连接，用自动螺钉 实现机械连接，1号主轴舵盘级联模块绕着主轴一起转动。

步骤三：把1号副轴舵盘级联总线模块的滑动级联插头插入2号总线舵机 的副轴输出模块的滑动插槽，听到卡塔一声，实现了1号副轴舵盘总线模块与2 号总线舵机的机械连接；同时1号副轴舵盘级联总线模块的总线G滑触片、总 线V滑触片、总线S滑触片与2号总线舵机的滑触总线开孔伸出的总线G滑触 针、总线V滑触针、总线S滑触针对应接触，实现了总线的电连接；

步骤四：把1号主轴舵盘级联模块的滑动级联插头插入与2号总线舵机的 主轴输出模块的滑动插槽，听道卡塔一声，实现了机械连接；

步骤五：依次重复上述步骤，可依次级联2号总线舵机、…N号总线舵机；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。