專利名稱：一種舵機測試器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人工智能領(lǐng)域，涉及一種舵機測試器，這種測試器能更好的獲得舵機
的運動狀況，為對舵機的自動控制提供良好的支持。
二背景技術(shù)：
在機器人機電控制系統(tǒng)中，舵機控制效果是性能的重要影響因素。舵機可以在微 機電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)，其簡單的控制和輸出使得單片機系統(tǒng)非常容 易與之接口。 舵機是一種位置(角度)伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保 持的控制系統(tǒng)。目前在高檔遙控玩具，如航模，包括飛機模型，潛艇模型；遙控機器人中已經(jīng) 使用得比較普遍。舵機是一種俗稱，其實是一種伺服馬達(dá)。
其工作原理是 控制信號由接收機的通道進(jìn)入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個 基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，寬度為1. 5ms的基準(zhǔn)信號，將獲得的直流偏置電壓與電位器的 電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。
當(dāng)電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為o，電機停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)
然我們可以不用去了解它的具體工作原理，知道它的控制原理就夠了。就象我們使用晶體 管一樣，知道可以拿它來做開關(guān)管或放大管就行了，至于管內(nèi)的電子具體怎么流動是可以 完全不用去考慮的。
舵機的控制 舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，該脈沖的高電平部分一般為 0. 5ms 2. 5ms范圍內(nèi)的角度控制脈沖部分。以180度角度伺服為例，那么對應(yīng)的控制關(guān)系
是這樣的 0. 5ms--------------0度； 1. Oms------------45度； 1. 5ms------------90度； 2.0ms-----------135度； 2.5ms-----------180度； 小型舵機的工作電壓一般為4. 8V或6V，轉(zhuǎn)速也不是很快， 一般為0. 22/60度或 0. 18/60度，所以假如更改角度控制脈沖的寬度太快，舵機可能反應(yīng)不過來。如果需要更快 速的反應(yīng)，就需要更高的轉(zhuǎn)速了 。 要精確的控制舵機，其實沒有那么容易，很多舵機的位置等級有1024個，那么，如 果舵機的有效角度范圍為180度的話，其控制的角度精度是可以達(dá)到180/1024度約O. 18 度了，從時間上看其實要求的脈寬控制精度為2000/1024us約2us。如果你拿了個舵機，連 控制精度為l度都達(dá)不到的話，而且還看到舵機在發(fā)抖。在這種情況下，只要舵機的電壓沒 有抖動，那抖動的就是你的控制脈沖了。而這個脈沖為什么會抖動呢？當(dāng)然和你選用的脈沖發(fā)生器有關(guān)了。 使用傳統(tǒng)單片機控制舵機的方案也有很多，多是利用定時器和中斷的方式來完成 控制的，這樣的方式控制1個舵機還是相當(dāng)有效的，但是隨著舵機數(shù)量的增加，也許控制起 來就沒有那么方便而且可以達(dá)到約2微秒的脈寬控制精度了 。據(jù)說AVR也有控制32個舵 機的試驗板，不過精度能不能達(dá)到2微秒可能還是要泰克才知道了 。其實測試起來很簡單， 只需要將其控制信號與示波器連接，然后讓試驗板輸出的舵機控制信號以2微秒的寬度遞 增。 FPPA可以很方便地將脈寬的精度精確地控制在2微秒甚至2微秒以下，這主要是 delay memory這樣的具有創(chuàng)造性的指令發(fā)揮了功效。該指令的延時時間為數(shù)據(jù)單元中的 立即數(shù)的值加l個指令周期(數(shù)據(jù)0出外，詳情請參見delay指令使用注意事項)因為是 8位的數(shù)據(jù)存儲單元，所以memory中的數(shù)據(jù)為(0 255)，記得前面有提過，舵機的角度級 數(shù)一般為1024級，所以只用一個存儲空間來存儲延時參數(shù)好像還不夠用的，所以我們可以 采用2個內(nèi)存單元來存放舵機的角度伺服參數(shù)了。 在機器人機電控制系統(tǒng)中，舵機控制效果是性能的重要影響因素。舵機可以在微 機電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)，其簡單的控制和輸出使得單片機系統(tǒng)非常容 易與之接口。 舵機是一種位置(角度)伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保 持的控制系統(tǒng)。目前在高檔遙控玩具，如航模，包括飛機模型，潛艇模型；遙控機器人中已經(jīng) 使用得比較普遍。舵機是一種俗稱，其實是一種伺服馬達(dá)。 對于人型機器人有許多舵機控制的關(guān)節(jié)，這些關(guān)節(jié)影響著機器人運動的穩(wěn)定性， 關(guān)節(jié)之間的配合更加的重要。為了讓我們在編制運動函數(shù)前就能觀察到機器人關(guān)節(jié)的運動 情況和信號參數(shù)，以利于對其中關(guān)節(jié)的編程和維護(hù)，需要研究一種對各關(guān)節(jié)部位逐一或成 批進(jìn)行性能測試的機器及方法，這對機器人的裝備配置、故障檢修和后期保養(yǎng)都是十分有 利的。 三、發(fā)明概述 本發(fā)明提供一種舵機測試器及其測試方法，用于測試機器人關(guān)節(jié)的運動情況及信 號參數(shù)，以利于對這些關(guān)節(jié)部位進(jìn)行編程控制及維護(hù)。 本發(fā)明的舵機測試器的優(yōu)點是使得舵機的運動狀況一 目了然，為日后的編程起 到了重要的作用。并且可以通過數(shù)碼管上顯示的值直接讀出舵機的信號參數(shù)，可以通過這 些參數(shù)編制對應(yīng)的運動函數(shù)。經(jīng)過長時間的研發(fā)，目前可以提供兩個通道的舵機測試器，這 無疑對機器人研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供了強有力的技術(shù)支持。舵機測試器可以使用在許多場合， 不僅僅局限于機器人領(lǐng)域，航空模型中也可以使用舵機測試器控制各種閥門舵機。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明目的，提供一種舵機測試器，用于對舵機的性能進(jìn)行測試并調(diào) 整舵機的性能，其主要由以下幾個部分組成 第一通道接口 ，用于將所要測試的舵機與舵機測試器進(jìn)行連接，進(jìn)行舵機性能測 試； 第二通道接口 ，用于將所要測試的舵機與舵機測試器進(jìn)行連接，進(jìn)行舵機性能測 試； 第一通道顯示裝置，用于顯示第 通道與舵機測試器連接的當(dāng)前舵機性能；
第二通道顯示裝置，用于顯示第一通道與舵機測試器連接的當(dāng)前舵機性能；
第一通道調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)與第一通道連接的舵機性能值；
第二通道調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)與第二通道連接的舵機性能值；
第一通道回中裝置，用于將當(dāng)前和第一通道連接的舵機性能值進(jìn)行回中
第二通道回中裝置，用于將當(dāng)前和第二通道連接的舵機性能值進(jìn)行回中
測試處理芯片，用于處理接收自第一通道和/或第二通道所檢測到的舵機性能 值，將接收到的性能值傳送至第一通道顯示裝置和/或第二通道顯示裝置進(jìn)行顯示，將第 一通道調(diào)節(jié)裝置和/或第二通道調(diào)節(jié)裝置發(fā)出的調(diào)節(jié)指令傳送至第一通道和/或第二通道 連接的舵機進(jìn)行調(diào)節(jié)； 邏輯電路，用于檢測第一通道和第二通道是否有已連接的舵機并將結(jié)果告知測試 處理芯片； 外接工作電源，用于給整個舵機測試器提供電源，也提供與舵機測試器連接的舵 機的電源。 根據(jù)本發(fā)明的又一發(fā)明目的，其中第一通道接口和第二通道接口可以單獨連接舵 機進(jìn)行測試，也可以一起連接舵機進(jìn)行測試，當(dāng)僅連接一個通道接口時，另一空閑通道的顯 示裝置、調(diào)節(jié)裝置、回中裝置不能正常使用。 根據(jù)本發(fā)明的又一發(fā)明目的，其中還包括第一通道調(diào)節(jié)裝置和第二通道調(diào)節(jié)裝置 還包括一狀態(tài)切換裝置。 根據(jù)本發(fā)明的又一發(fā)明目的，其中當(dāng)該狀態(tài)切換裝置包括粗調(diào)和微調(diào)兩個狀態(tài)， 當(dāng)該狀態(tài)切換裝置切換到粗調(diào)狀態(tài)時，第一通道調(diào)節(jié)裝置和第二通道調(diào)節(jié)裝置可對舵機性 能進(jìn)行粗調(diào)，當(dāng)該狀態(tài)切換裝置切換到微調(diào)狀態(tài)時，第一通道調(diào)節(jié)裝置和第二通道調(diào)節(jié)裝 置可對舵機性能進(jìn)行微調(diào)。 根據(jù)本發(fā)明的又一發(fā)明目的，其中當(dāng)該狀態(tài)切換裝置切換到粗調(diào)狀態(tài)時，粗調(diào)的
工作指示燈亮，當(dāng)該狀態(tài)切換裝置切換到微調(diào)狀態(tài)時，微調(diào)的工作指示燈亮。 根據(jù)本發(fā)明的又一發(fā)明目的，其中使用的電源可以是大功率直流電源，也可以是
鋰電池。 根據(jù)本發(fā)明的又一發(fā)明目的，其中電源電壓范圍最好在6. 8-7. 4V之間。 根據(jù)本發(fā)明的又一發(fā)明目的，其中的第一通道顯示裝置、第二通道顯示裝置為液
晶顯示裝置。 根據(jù)本發(fā)明的又一發(fā)明目的，其中的性能測試包括線性輸出、定點輸出模式、死區(qū) 測試、速度測試、雨刮測試、標(biāo)準(zhǔn)信號接收。
四

以下通過附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明 圖1為本發(fā)明舵機測試器的電路連接圖； 圖2為本發(fā)明舵機測試器的俯視圖； 圖3為本發(fā)明舵機測試器的原理框圖； 圖4為本發(fā)明舵機測試器的連接圖； 圖5為本發(fā)明舵機測試器的接口 ；
圖6為本發(fā)明舵機測試器的工作指示燈位置圖； 圖7為本發(fā)明舵機測試器數(shù)碼管和指示燈顯示序列圖； 圖8為本發(fā)明正常連接舵機的示意圖； 圖9為本發(fā)明連接舵機的第一通道和第二通道示意圖； 圖10為本發(fā)明的調(diào)節(jié)舵機值示意圖一 ； 圖11為本發(fā)明的調(diào)節(jié)舵機值示意圖二 圖12為本發(fā)明舵機值回中示意圖； 圖13為本發(fā)明PCB板圖頂層； 圖14為本發(fā)明PCB板圖底層。
五具體實施例方式本發(fā)明的舵機測試器的測試原理如下 本發(fā)明的舵機測試器主要由以下幾個部分組成 第一通道接口 、第二通道接口 、第一通道顯示裝置、第二通道顯示裝置、第一通道調(diào)節(jié)裝置、第二通道調(diào)節(jié)裝置、第一通道回中裝置、第二通道回中裝置、測試處理芯片、邏輯電路、外接工作電源、粗調(diào)及微調(diào)的工作指示燈等。 其中第一通道接口、第二通道接口用于將所要測試的舵機與舵機測試器單獨或一起連接，進(jìn)行舵機性能測試。 其中第一通道顯示裝置、第二通道顯示裝置用于顯示第一通道和第二通道連接的當(dāng)前舵機性能。 其中第一通道調(diào)節(jié)裝置、第二通道調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)第一通道和第二通道連接的舵機性能值。 其中第一通道回中裝置、第二通道回中裝置用于將當(dāng)前第一通道和第二通道連接的舵機性能值進(jìn)行回中。 其中測試處理芯片是該舵機測試器的核心，用于處理接收自第一通道和/或第二通道所檢測到的舵機性能值，將接收到的性能值傳送至第一通道顯示裝置和/或第二通道顯示裝置進(jìn)行顯示，將第一通道調(diào)節(jié)裝置和/或第二通道調(diào)節(jié)裝置發(fā)出的調(diào)節(jié)指令傳送至第一通道和/或第二通道連接的舵機進(jìn)行調(diào)節(jié)。 其中邏輯電路用于檢測第一通道和第二通道是否有已連接的舵機并將結(jié)果告知測試處理芯片。 其中外接的工作電源用于給整個舵機測試器提供電源，也提供與舵機測試器連接
的舵機的電源，電源有兩種，一種是大功率直流電源，我們使用直流電源，調(diào)節(jié)電壓為7. 4V，
接到舵機測試器對應(yīng)接口上；另一種方式是使用機器常用的7. 4V鋰電池。 其中第一通道調(diào)節(jié)裝置和第二通道調(diào)節(jié)裝置中包括一狀態(tài)切換裝置，用于在粗調(diào)
和偉調(diào)兩歌狀態(tài)間進(jìn)行切換，其中粗調(diào)及微調(diào)的工作指示燈為兩個獨立的工作指示燈，當(dāng)
當(dāng)前進(jìn)行的調(diào)節(jié)為粗調(diào)時，粗調(diào)區(qū)的工作指示燈亮，當(dāng)當(dāng)前進(jìn)行的調(diào)節(jié)為微調(diào)時，微調(diào)區(qū)的
工作指示燈亮。 該產(chǎn)品主要功能如下 1、線性輸出。測試儀輸出標(biāo)準(zhǔn)舵機信號，調(diào)節(jié)旋鈕可改變信號大小，并在顯示屏上
6顯示。用于檢測舵機的行程，以及在行程中是否有抖舵點。 2、定點輸出模式。根據(jù)選擇，測試儀輸出最低，中間和最高三種標(biāo)準(zhǔn)舵機信號。用
于檢測舵機定位性能，尤其是舵機工作一段時間后，是否還能工作在正常位置。 3、死區(qū)測試，用于測試舵機的響應(yīng)門檻。此功能可以測試舵機的靈敏度，常用于挑
選航模上連動的舵機。 4、速度測試。測試舵機從0度轉(zhuǎn)到60度所需的時間，用于判斷舵機轉(zhuǎn)動快慢。根據(jù)多次測得的數(shù)據(jù)，還可以判斷舵機轉(zhuǎn)動的重復(fù)性是否良好。 5、雨刮測試。測試儀能以IO種不同的速度，輸出使舵機連續(xù)正反轉(zhuǎn)的信號。用于模擬舵機工作狀態(tài)，生產(chǎn)商可以使用此功能測試舵機的壽命。 6、標(biāo)準(zhǔn)信號接收。檢測外部設(shè)備產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)舵機信號的脈寬。用以檢測接收機(或者其它驅(qū)動舵機的電路)是否良好。
舵機測試器使用說明
供電 舵機測試器可以使用兩種方式供電，一種是大功率直流電源，我們使用直流電源，調(diào)節(jié)電壓為7. 4V，接到舵機測試器對應(yīng)接口上。 另一種方式是使用機器常用的7. 4V鋰電池。接到對應(yīng)接口上就可以開始測試了，接口如圖5所示。 電源工作電壓最好在6. 8-7. 4V之間。
開機 當(dāng)我們打開右側(cè)數(shù)碼管上方的開關(guān)后，系統(tǒng)初始化，數(shù)碼管依次從左到右逐個閃爍并完成初始化驅(qū)動舵機。這一過程我們需要等待大約三秒鐘的時間，這一過程我們可以檢測數(shù)碼管和LED指示燈是否正常。在這期間，我們觀察如圖6所示。
依次閃爍時，數(shù)碼管和指示燈如圖7所示。 當(dāng)開機完成后，數(shù)碼管會顯示一個初始的舵機值，這時舵機接口將產(chǎn)生輸出信號。接下來我們接入舵機進(jìn)行測試。
接入舵機 我們可以選擇上方的J2、 JC2或者右面的J4、 JC4。這里我們說明一下，J2與JC2輸出的是一樣的信號。我們可以接兩個舵機到上面，他們的轉(zhuǎn)動角度是一樣。我們可以用這個接口觀察兩個舵機的一致性。J4與JC4同理。
正常連接舵機的示意圖如圖8所示。 其中說明一下，此舵機測試器分成左右兩個部分，他們的功能相同，是兩個完全獨
立的，舵機的值完全和數(shù)碼顯示同步。 調(diào)整舵機輸出值 當(dāng)我們連接好舵機后。我們就可以開始旋動旋鈕調(diào)節(jié)舵機值，這里說明一下，順時針舵機輸出值變大，逆時針擰舵機值變小，兩邊的旋鈕同理。 上面的紅色LED指示燈代表調(diào)節(jié)的幅度。左側(cè)LED亮表示調(diào)節(jié)一個刻度舵機值加一，右側(cè)LED亮表示調(diào)節(jié)一個刻度舵機值加10。我們可以通過按下調(diào)整鈕來切換調(diào)整幅度。
舵機值可以從0-250。對應(yīng)舵機P麗高電平時間為0. 5ms-2. 5ms。
當(dāng)我們調(diào)節(jié)舵機時，需要使舵機回中。我們可以按下調(diào)整指示LED中間的按鍵，這時舵機值回中，也就是125。這時對應(yīng)的輸出為1. 5ms。如圖12所示。
權(quán)利要求
一種舵機測試器，用于對舵機的性能進(jìn)行測試并調(diào)整舵機的性能，其主要由以下幾個部分組成第一通道接口，用于將所要測試的舵機與舵機測試器進(jìn)行連接，進(jìn)行舵機性能測試；第二通道接口，用于將所要測試的舵機與舵機測試器進(jìn)行連接，進(jìn)行舵機性能測試；第一通道顯示裝置，用于顯示第一通道與舵機測試器連接的當(dāng)前舵機性能；第二通道顯示裝置，用于顯示第一通道與舵機測試器連接的當(dāng)前舵機性能；第一通道調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)與第一通道連接的舵機性能值；第二通道調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)與第二通道連接的舵機性能值；第一通道回中裝置，用于將當(dāng)前和第一通道連接的舵機性能值進(jìn)行回中；第二通道回中裝置，用于將當(dāng)前和第二通道連接的舵機性能值進(jìn)行回中；測試處理芯片，用于處理接收自第一通道和/或第二通道所檢測到的舵機性能值，將接收到的性能值傳送至第一通道顯示裝置和/或第二通道顯示裝置進(jìn)行顯示，將第一通道調(diào)節(jié)裝置和/或第二通道調(diào)節(jié)裝置發(fā)出的調(diào)節(jié)指令傳送至第一通道和/或第二通道連接的舵機進(jìn)行調(diào)節(jié)；邏輯電路，用于檢測第一通道和第二通道是否有已連接的舵機并將結(jié)果告知測試處理芯片；外接工作電源，用于給整個舵機測試器提供電源，也提供與舵機測試器連接的舵機的電源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l中的舵機測試器，其中第一通道接口和第二通道接口可以單獨連接 舵機進(jìn)行測試，也可以一起連接舵機進(jìn)行測試，當(dāng)僅連接一個通道接口時，另一空閑通道的 顯示裝置、調(diào)節(jié)裝置、回中裝置不能正常使用。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1-2中的舵機測試器，其中還包括第一通道調(diào)節(jié)裝置和第二通道調(diào)節(jié) 裝置還包括一狀態(tài)切換裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3中的舵機測試器，其中當(dāng)該狀態(tài)切換裝置包括粗調(diào)和微調(diào)兩個狀 態(tài)，當(dāng)該狀態(tài)切換裝置切換到粗調(diào)狀態(tài)時，第一通道調(diào)節(jié)裝置和第二通道調(diào)節(jié)裝置可對舵 機性能進(jìn)行粗調(diào)，當(dāng)該狀態(tài)切換裝置切換到微調(diào)狀態(tài)時，第一通道調(diào)節(jié)裝置和第二通道調(diào) 節(jié)裝置可對舵機性能進(jìn)行微調(diào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4中的舵機測試器，其中當(dāng)該狀態(tài)切換裝置切換到粗調(diào)狀態(tài)時，粗調(diào)的工作指示燈亮，當(dāng)該狀態(tài)切換裝置切換到微調(diào)狀態(tài)時，微調(diào)的工作指示燈亮。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中的舵機測試器，其中使用的電源可以是大功率直流電源，也可 以是鋰電池。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的舵機測試器，其中電源電壓范圍最好在6.8-7. 4V之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1-5的舵機測試器，其中的第一通道顯示裝置、第二通道顯示裝置為 液晶顯示裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-5的舵機測試器，其中的性能測試包括線性輸出、定點輸出模式、死 區(qū)測試、速度測試、雨刮測試、標(biāo)準(zhǔn)信號接收。
全文摘要
本發(fā)明提供一種舵機測試器，通過使用該舵機測試器使得與其連接的舵機的運動狀況一目了然，為日后的編程起到了重要的作用。還可以通過數(shù)碼管上顯示的值直接讀出舵機的信號參數(shù)，可以通過這些參數(shù)編制對應(yīng)的運動函數(shù)。經(jīng)過長時間的研發(fā)，目前可以提供兩個通道的舵機測試器，這無疑對機器人研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供了強有力的技術(shù)支持。舵機測試器可以使用在許多場合，不僅僅局限于機器人領(lǐng)域，航空模型中也可以使用舵機測試器控制各種閥門舵機。
文檔編號G01M99/00GK101726425SQ20091024222
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者郭洪紅 申請人:北京聯(lián)合大學(xué)