無人機舵機的製作方法
2023-06-03 17:11:51
專利名稱：無人機舵機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於無人機舵面的驅動設備，涉及的是一種無人機的舵機。
背景技術：
目前，無人模型機中常用的舵機主要由電機、減速齒輪組、電位器、控制模塊組成。 舵機工作時，控制模塊的信號解調電路將接收到的PWM信號解調成一個直流偏置電壓並將此電壓與電位器的電壓比較後獲得一個電壓差，該電壓差被送入電機驅動集成電路中使電機正轉或反轉，同時帶動電位器旋轉至電壓差到零，電機停止轉動。這種舵機不同程度存在以下幾點不足1、輸出力矩小，不能滿足無人機飛行中的力矩要求；2、無閉環控制功能，不能實時反饋無人機機翼等的實時轉角信號；3、無自保護功能，當與舵機相連的外部機械由於某種意外，對舵機施加的力矩超過舵機工作極限值時，舵機在控制信號的作用下仍會持續加力向目標位置轉動，使電機長時間工作在堵轉狀態，導致舵機損壞。
發明內容本發明的目的在於克服現有技術中的不足，提出一種輸出力矩大、控制精度高，而且具有自保護功能的無人機舵機。實現上述目的的技術方案如下所述一種無人機舵機，包括電機、齒輪組、舵機輸出軸和電位器，其特徵在於所述電機為微型直流伺服電機，所述齒輪組為四級減速齒輪組，所述舵機輸出軸的上部軸杆面上有一段錐形面，所述齒輪組的末級齒輪中心孔亦為錐形面，所述兩錐形面相匹配，舵機輸出軸和末級齒輪通過彈片式離合器組件相連接，末級減速齒輪與輸出軸通過所述錐形面之間的摩擦力來傳遞力矩；所述電機和電位器與一個IC控制電路板連接。IC控制電路板控制電機的轉動，通過齒輪組帶動輸出軸轉動。所述彈片式離合器組件有上彈片、下彈片、活動銷軸及調整螺釘，上彈片和下彈片的中心孔形狀相同，所述離合器的各組件與舵機輸出軸和減速齒輪組的末級齒輪配合連接。所述控制電路板主要由運算放大器(MCP6001U)、模數轉換器(MCP3301)、三端穩壓器(78L15，78L05)、單片機(ATtiny44V_10SSU)、H橋集成電路(BD6232FP)以及與電路中相匹配的電阻和電容組成。舵機工作時，控制電路接收來自飛控系統的控制信號，該信號經過單片機處理後得出一個目標位置信號，此時電位計根據主軸的當前位置產生一個相應的電壓信號，此電壓信號經過模數轉換器轉換後傳遞給單片機，單片機根據當前位置與目標位置產生一個驅動電壓信號，控制微型直流伺服電機轉動。控制電路會實時通過固連在輸出軸上的電位器來採集主軸的位置，給出電機轉動的精確控制信號。電位器產生的位置電壓信號還可通過運放電路發送給飛控系統，以實現閉環控制。本實用新型舵機中的四級減速齒輪組通過轉速變換使輸出力矩增大；離合器的作用在於使舵機具有自保護功能；IC控制電路板是舵機的核心控制部分，它控制著舵機的轉向和轉角，其中運算放大器(MCP6001U)通過電位器實時採集主軸的位置信號，經放大處理後提供給飛控系統，使舵機具有閉環控制功能。本實用新型結構緊湊，體積小，重量輕，輸出力矩大，且具有實時反饋功能和自保護功能，運行安全可靠。
圖1是本實用新型的工作原理框圖。圖2是本實用新型的整體結構示意圖。圖3是本實用新型的離合器及與相關組件連接示意圖。圖4是本實用新型的控制電路板示意圖。圖中1.舵機基座，2.上殼體，3.下殼體，4.微型直流伺服電機，5.電機輸出軸齒輪，6.減速齒輪組，61.變速末級齒輪，7.舵機輸出軸，8.離合器組件，81.上彈片，82.下彈片，83.擋圈，84.活動銷軸，85.調整螺釘.9.電位計，10.控制電路板。
具體實施方式
以下結合附圖所示對本實用新型作進一步說明。本實用新型無人機舵機整體劃分為上、下兩個腔體。基座1和上殼體2組成舵機的上腔體；基座1和下殼體3組成舵機的下腔體。減速齒輪組6、離合器8和舵機輸出軸5 固定安裝在上腔體中；帶動齒輪組的微型直流伺服電機4、與舵機主軸7固定在一起的電位計9、與電機4和電位計9連接的IC控制電路板10固定安裝在下腔體中(如圖2所示)。 微型直流伺服電機4提供舵機的動力；減速齒輪組6起轉速變換和提高力矩的作用；IC控制電路板10中的運算放大器(MCP6001U)通過電位器實時採集主軸的位置信號，經放大處理後提供給飛控系統，使舵機具有閉環控制功能。IC控制電路板10對整個舵機起著控制作用。彈片式離合器組件有上彈片81、下彈片82、活動銷軸84及調整螺釘85，離合器的各組件與舵機輸出軸7和減速齒輪組的末級齒輪61配合連接(如圖2、3所示)，即上、下彈片套在輸出軸7上，活動銷軸84通過輸出軸上的腰形孔直接作用在下彈片82上，調整螺釘 85旋接在輸出軸端面的螺紋孔中並直接作用於活動銷軸83上，使上彈片81與末級齒輪61 的下端面保持彈性接觸，並使末級齒輪的錐形面與舵機輸出軸的錐形面處於接觸狀態。通過改變調整螺釘85的位置使活動銷軸84發生上下移動，從而推動上下彈片，對末級減速齒輪61施加壓力，通過調整該壓力的大小來調整輸出軸7的負載力矩。若負載力矩過載， 末級齒輪61與舵機輸出軸7的錐形接觸面會打滑，從而實現離合器8的功能，也就避免了因負載過大而發生的大電流燒毀電機現象。控制電路板主要由運算放大器(MCP6001U)、模數轉換器(MCP3301)、三端穩壓器 (78L15，78L05)、單片機(ATtiny44V_10SSU)、H橋集成電路(BD6232FP)和若干電阻器、電容器組成(如圖4所示)。舵機啟動後，控制電路通過引出線IC-3接收來自飛控系統發出的控制信號，經單片機分析處理後得出舵機將要到達目標位置信息，此時的電位器會根據主軸當前位置產生一個相應的電壓信號，此電壓信號由模數轉換器MCP3301的3引腳採入，電位器右側的電阻R3與R4產生一個2. 5V的中間參考電壓，模數轉換器根據此參考電壓對電位器的電壓進行編碼，通過引腳6輸送給單片機，單片機通過對當前位置信號與目標位置信號比較，從引腳5、6輸出控制電壓，此控制電壓經過H橋集成電路BD6232FP的放大後加在電機上，驅動電機向目標位置轉動。同時，電位器產生的位置電壓信號通過電阻R2提供給運放電路，此電路將此信號放大後，通過引線IC-4輸送出去，以達到閉環控制的目的。三端穩壓器78L15和78L05通過兩級電壓變換將28V電壓穩壓至5V，向單片機、模數轉換器提 供電源。
權利要求1.一種無人機舵機，包括電機、齒輪組、舵機輸出軸和電位器，其特徵在於所述電機為微型直流伺服電機，所述齒輪組為四級減速齒輪組，所述舵機輸出軸的上部軸杆面上有一段錐形面，所述齒輪組的末級齒輪中心孔亦為錐形面，所述兩錐形面相匹配，舵機輸出軸和末級齒輪通過彈片式離合器組件相連接，末級減速齒輪與輸出軸通過所述錐形面之間的摩擦力來傳遞力矩；所述電機和電位器與一個IC控制電路板連接，IC控制電路板控制電機的轉動，通過齒輪組帶動輸出軸轉動。
2.按照權利要求1所述的無人機舵機，其特徵在於所述彈片式離合器組件有上彈片、 下彈片、活動銷軸及調整螺釘，上彈片和下彈片的中心孔形狀相同，所述離合器的各組件與舵機輸出軸和減速齒輪組的末級齒輪配合連接。
3.按照權利要求1所述的無人機舵機，其特徵在於所述控制電路板主要由運算放大器、模數轉換器、三端穩壓器、單片機、H橋集成電路以及與電路中相匹配的電阻和電容組成。
專利摘要本實用新型公開了一種無人機舵機，包括電機、齒輪組、舵機輸出軸和電位器，所述電機為微型直流伺服電機，齒輪組為四級減速齒輪組，舵機輸出軸的上部軸杆面上有一段錐形面，齒輪組的末級齒輪中心孔亦為錐形面，兩錐形面相匹配，舵機輸出軸和末級齒輪通過彈片式離合器組件相連接，末級減速齒輪與輸出軸通過所述錐形面之間的摩擦力來傳遞力矩；電機和電位器與一個IC控制電路板連接。IC控制電路板控制電機的轉動，通過齒輪組帶動輸出軸轉動。本實用新型結構緊湊，體積小，重量輕，輸出力矩大，且具有實時反饋功能和自保護功能，運行安全可靠。
文檔編號A63H27/00GK201949642SQ201020545509
公開日2011年8月31日 申請日期2010年9月15日 優先權日2010年9月15日
發明者何彥斌, 吳濤, 張振平, 李正軒, 陳清理, 韓軍浩, 馬鎖學 申請人:國營東方儀器廠