专利名称：舵机测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于人工智能领域，涉及一种舵机测试器，这种测试器能更好的获得 舵机的运动状况，为对舵机的自动控制提供良好的支持。
二背景技术：
在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微 机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容 易与之接口。舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保 持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经 使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。其工作原理是控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个 基准电路，产生周期为20ms，宽度为1. 5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的 电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。 当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。当 然我们可以不用去了解它的具体工作原理，知道它的控制原理就够了。就象我们使用晶体 管一样，知道可以拿它来做开关管或放大管就行了，至于管内的电子具体怎么流动是可以 完全不用去考虑的。舵机的控制舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为 0. 5ms^2. 5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是
这样的0. 5ms--------------0 度；1. Oms------------45 度；1.5ms------------90 度；2. Oms-----------135 度；2.5ms-----------180 度；小型舵机的工作电压一般为4. 8V或6V，转速也不是很快，一般为0. 22/60度或 0. 18/60度，所以假如更改角度控制脉冲的宽度太快，舵机可能反应不过来。如果需要更快 速的反应，就需要更高的转速了。要精确的控制舵机，其实没有那么容易，很多舵机的位置等级有1024个，那么，如 果舵机的有效角度范围为180度的话，其控制的角度精度是可以达到180/1024度约0. 18 度了，从时间上看其实要求的脉宽控制精度为2000/1024US约2us。如果你拿了个舵机，连 控制精度为1度都达不到的话，而且还看到舵机在发抖。在这种情况下，只要舵机的电压没 有抖动，那抖动的就是你的控制脉冲了。而这个脉冲为什么会抖动呢？当然和你选用的脉冲发生器有关了。
使用传统单片机控制舵机的方案也有很多，多是利用定时器和中断的方式来完成 控制的，这样的方式控制1个舵机还是相当有效的，但是随着舵机数量的增加，也许控制起 来就没有那么方便而且可以达到约2微秒的脉宽控制精度了。据说AVR也有控制32个舵 机的试验板，不过精度能不能达到2微秒可能还是要泰克才知道了。其实测试起来很简单， 只需要将其控制信号与示波器连接，然后让试验板输出的舵机控制信号以2微秒的宽度递
+飽
+曰οFPPA可以很方便地将脉宽的精度精确地控制在2微秒甚至2微秒以下，这主要是 delay memory这样的具有创造性的指令发挥了功效。该指令的延时时间为数据单元中的 立即数的值加1个指令周期(数据0出外，详情请参见delay指令使用注意事项)因为是 8位的数据存储单元，所以memory中的数据为(0 255)，记得前面有提过，舵机的角度级 数一般为1024级，所以只用一个存储空间来存储延时参数好像还不够用的，所以我们可以 采用2个内存单元来存放舵机的角度伺服参数了。在机器人机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微 机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容 易与之接口。舵机是一种位置(角度)伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保 持的控制系统。目前在高档遥控玩具，如航模，包括飞机模型，潜艇模型；遥控机器人中已经 使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。对于人型机器人有许多舵机控制的关节，这些关节影响着机器人运动的稳定性， 关节之间的配合更加的重要。为了让我们在编制运动函数前就能观察到机器人关节的运动 情况和信号参数，以利于对其中关节的编程和维护，需要研究一种对各关节部位逐一或成 批进行性能测试的机器及方法，这对机器人的装备配置、故障检修和后期保养都是十分有 利的。三、发明概述本实用新型提供一种舵机测试器及其测试方法，用于测试机器人关节的运动情况 及信号参数，以利于对这些关节部位进行编程控制及维护。本实用新型的舵机测试器的优点是使得舵机的运动状况一目了然，为日后的编 程起到了重要的作用。并且可以通过数码管上显示的值直接读出舵机的信号参数，可以通 过这些参数编制对应的运动函数。经过长时间的研发，目前可以提供两个通道的舵机测试 器，这无疑对机器人研发生产环节提供了强有力的技术支持。舵机测试器可以使用在许多 场合，不仅仅局限于机器人领域，航空模型中也可以使用舵机测试器控制各种阀门舵机。根据本实用新型的实用新型目的，提供一种舵机测试器，用于对舵机的性能进行 测试并调整舵机的性能，其主要由以下几个部分组成第一通道接口，用于将所要测试的舵机与舵机测试器进行连接，进行舵机性能测 试；第二通道接口，用于将所要测试的舵机与舵机测试器进行连接，进行舵机性能测 试；第一通道显示装置，用于显示第一通道与舵机测试器连接的当前舵机性能；[0027]第二通道显示装置，用于显示第一通道与舵机测试器连接的当前舵机性能；第一通道调节装置，用于调节与第一通道连接的舵机性能值；第二通道调节装置，用于调节与第二通道连接的舵机性能值；第一通道回中装置，用于将当前和第一通道连接的舵机性能值进行回中；第二通道回中装置，用于将当前和第二通道连接的舵机性能值进行回中；测试处理芯片，用于处理接收自 第一通道和/或第二通道所检测到的舵机性能 值，将接收到的性能值传送至第一通道显示装置和/或第二通道显示装置进行显示，将第 一通道调节装置和/或第二通道调节装置发出的调节指令传送至第一通道和/或第二通道 连接的舵机进行调节；逻辑电路，用于检测第一通道和第二通道是否有已连接的舵机并将结果告知测试 处理芯片；外接工作电源，用于给整个舵机测试器提供电源，也提供与舵机测试器连接的舵 机的电源。根据本实用新型的又一实用新型目的，其中第一通道接口和第二通道接口可以单 独连接舵机进行测试，也可以一起连接舵机进行测试，当仅连接一个通道接口时，另一空闲 通道的显示装置、调节装置、回中装置不能正常使用。根据本实用新型的又一实用新型目的，其中还包括第一通道调节装置和第二通道 调节装置还包括一状态切换装置。根据本实用新型的又一实用新型目的，其中当该状态切换装置包括粗调和微调两 个状态，当该状态切换装置切换到粗调状态时，第一通道调节装置和第二通道调节装置可 对舵机性能进行粗调，当该状态切换装置切换到微调状态时，第一通道调节装置和第二通 道调节装置可对舵机性能进行微调。根据本实用新型的又一实用新型目的，其中当该状态切换装置切换到粗调状态 时，粗调的工作指示灯亮，当该状态切换装置切换到微调状态时，微调的工作指示灯亮。根据本实用新型的又一实用新型目的，其中使用的电源可以是大功率直流电源， 也可以是锂电池。根据本实用新型的又一实用新型目的，其中电源电压范围最好在6. 8-7. 4V之间。根据本实用新型的又一实用新型目的，其中的第一通道显示装置、第二通道显示 装置为液晶显示装置。根据本实用新型的又一实用新型目的，其中的性能测试包括线性输出、定点输出 模式、死区测试、速度测试、雨刮测试、标准信号接收。
四
以下通过附图和实施例对本实用新型做进一步说明图1为本实用新型舵机测试器的电路连接图；图2为本实用新型舵机测试器的俯视图；图3为本实用新型舵机测试器的原理框图；图4为本实用新型舵机测试器的连接图；图5为本实用新型舵机测试器的接口 ；[0049]图6为本实用新型舵机测试器的工作指示灯位置图；图7为本实用新型舵机测试器数码管和指示灯显示序列图；图8为本实用新型正常连接舵机的示意图；图9为本实用新型连接舵机的第一通道和第二通道示意图；图10为本实用新型的调节舵机值示意图一；图11为本实用新型的调节舵机值示意图二图12为本实用新型舵机值回中示意图；图13为本实用新型PCB板图顶层；图14为本实用新型PCB板图底层。
五具体实施方式
本实用新型的舵机测试器的测试原理如下本实用新型的舵机测试器主要由以下几个部分组成第一通道接口、第二通道接口、第一通道显示装置、第二通道显示装置、第一通道调节装置、第二通道调节装置、第一通道回中装置、第二通道回中装置、测试处理芯片、逻辑 电路、外接工作电源、粗调及微调的工作指示灯等。其中第一通道接口、第二通道接口用于将所要测试的舵机与舵机测试器单独或一 起连接，进行舵机性能测试。其中第一通道显示装置、第二通道显示装置用于显示第一通道和第二通道连接的 当前舵机性能。其中第一通道调节装置、第二通道调节装置用于调节第一通道和第二通道连接的 舵机性能值。其中第一通道回中装置、第二通道回中装置用于将当前第一通道和第二通道连接 的舵机性能值进行回中。其中测试处理芯片是该舵机测试器的核心，用于处理接收自第一通道和/或第二 通道所检测到的舵机性能值，将接收到的性能值传送至第一通道显示装置和/或第二通道 显示装置进行显示，将第一通道调节装置和/或第二通道调节装置发出的调节指令传送至 第一通道和/或第二通道连接的舵机进行调节。其中逻辑电路用于检测第一通道和第二通道是否有已连接的舵机并将结果告知 测试处理芯片。其中外接的工作电源用于给整个舵机测试器提供电源，也提供与舵机测试器连接 的舵机的电源，电源有两种，一种是大功率直流电源，我们使用直流电源，调节电压为7. 4V， 接到舵机测试器对应接口上；另一种方式是使用机器常用的7. 4V锂电池。其中第一通道调节装置和第二通道调节装置中包括一状态切换装置，用于在粗调 和伟调两歌状态间进行切换，其中粗调及微调的工作指示灯为两个独立的工作指示灯，当 当前进行的调节为粗调时，粗调区的工作指示灯亮，当当前进行的调节为微调时，微调区的 工作指示灯亮。该产品主要功能如下1、线性输出。测试仪输出标准舵机信号，调节旋钮可改变信号大小，并在显示屏上显示。用于检测舵机的行程，以及在行程中是否有抖舵点。2、定点输出模式。根据选择，测试仪输出最低，中间和最高三种标准舵机信号。用 于检测舵机定位性能，尤其是舵机工作一段时间后，是否还能工作在正常位置。3、死区测试，用于测试舵机的响应门槛。此功能可以测试舵机的灵敏度，常用于挑 选航模上连动的舵机。4、速度测试。测试舵机从0度转到60度所需的时间，用于判断舵机转动快慢。根 据多次测得的数据，还可以判断舵机转动的重复性是否良好。5、雨刮测试。测试仪能以10种不同的速度，输出使舵机连续正反转的信号。用于 模拟舵机工作状态，生产商可以使用此功能测试舵机的寿命。6、标准信号接收。检测外部设备产生的标准舵机信号的脉宽。用以检测接收机 (或者其它驱动舵机的电路)是否良好。舵机测试器使用说明供电舵机测试器可以使用两种方式供电，一种是大功率直流电源，我们使用直流电源， 调节电压为7. 4V，接到舵机测试器对应接口上。另一种方式是使用机器常用的7. 4V锂电池。接到对应接口上就可以开始测试了， 接口如图5所示。电源工作电压最好在6. 8-7. 4V之间。开机当我们打开右侧数码管上方的开关后，系统初始化，数码管依次从左到右逐个闪 烁并完成初始化驱动舵机。这一过程我们需要等待大约三秒钟的时间，这一过程我们可以 检测数码管和LED指示灯是否正常。在这期间，我们观察如图6所示。依次闪烁时，数码管和指示灯如图7所示。当开机完成后，数码管会显示一个初始的舵机值，这时舵机接口将产生输出信号。 接下来我们接入舵机进行测试。接入舵机我们可以选择上方的J2、JC2或者右面的J4、JC4。这里我们说明一下，J2与JC2 输出的是一样的信号。我们可以接两个舵机到上面，他们的转动角度是一样。我们可以用 这个接口观察两个舵机的一致性。J4与JC4同理。正常连接舵机的示意图如图8所示。其中说明一下，此舵机测试器分成左右两个部分，他们的功能相同，是两个完全独 立的，舵机的值完全和数码显示同步。调整舵机输出值当我们连接好舵机后。我们就可以开始旋动旋钮调节舵机值，这里说明一下，顺时 针舵机输出值变大，逆时针拧舵机值变小，两边的旋钮同理。上面的红色LED指示灯代表调节的幅度。左侧LED亮表示调节一个刻度舵机值加 一，右侧LED亮表示调节一个刻度舵机值加10。我们可以通过按下调整钮来切换调整幅度。舵机值可以从0-250。对应舵机P丽高电平时间为0. 5ms_2. 5ms。当我们调节舵机时，需要使舵机回中。我们可以按下调整指示LED中间的按键，这时舵机值回中，也 就是125。这时对应的输出为1.5ms。如图12所示。
权利要求一种舵机测试器，用于对舵机的性能进行测试并调整舵机的性能，其主要由以下几个部分组成第一通道接口，用于将所要测试的舵机与舵机测试器进行连接，进行舵机性能测试；第二通道接口，用于将所要测试的舵机与舵机测试器进行连接，进行舵机性能测试；第一通道显示装置，用于显示第一通道与舵机测试器连接的当前舵机性能；第二通道显示装置，用于显示第一通道与舵机测试器连接的当前舵机性能；第一通道调节装置，用于调节与第一通道连接的舵机性能值；第二通道调节装置，用于调节与第二通道连接的舵机性能值；第一通道回中装置，用于将当前和第一通道连接的舵机性能值进行回中；第二通道回中装置，用于将当前和第二通道连接的舵机性能值进行回中；测试处理芯片，用于处理接收自第一通道和/或第二通道所检测到的舵机性能值，将接收到的性能值传送至第一通道显示装置和/或第二通道显示装置进行显示，将第一通道调节装置和/或第二通道调节装置发出的调节指令传送至第一通道和/或第二通道连接的舵机进行调节；逻辑电路，用于检测第一通道和第二通道是否有已连接的舵机并 将结果告知测试处理芯片；外接工作电源，用于给整个舵机测试器提供电源，也提供与舵机测试器连接的舵机的电源。
专利摘要本实用新型提供一种舵机测试器，通过使用该舵机测试器使得与其连接的舵机的运动状况一目了然，为日后的编程起到了重要的作用。还可以通过数码管上显示的值直接读出舵机的信号参数，可以通过这些参数编制对应的运动函数。经过长时间的研发，目前可以提供两个通道的舵机测试器，这无疑对机器人研发生产环节提供了强有力的技术支持。舵机测试器可以使用在许多场合，不仅仅局限于机器人领域，航空模型中也可以使用舵机测试器控制各种阀门舵机。
文档编号G01M13/00GK201765109SQ20092027812
公开日2011年3月16日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者郭洪红 申请人:北京联合大学