CN109217558A - 电机模组、云台、无人机及一种云台的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机模组，包括转子、定子、刹车片、驱动装置及控制板；转子包括转子侧壁及延伸壁，延伸壁和定子之间形成收容空间，刹车片、驱动装置及控制板均收容于收容空间内；刹车片一端铰接于定子的靠近转子的一侧，刹车片另一端固定于驱动装置，驱动装置驱动刹车片与延伸壁抵接或分离；控制板设置有电容及弹力开关，电容与驱动装置电连接并为驱动装置供电，弹力开关用于控制板和驱动装置的连接/断开，以控制电容为驱动装置供电/断电。本发明还提供了一种采用所述电机模组的云台、无人机及一种云台的控制方法。与相关技术相比，本发明的电机模组、云台及无人机体积小、可靠性和安全性好。

Description

电机模组、云台、无人机及一种云台的控制方法

【技术领域】

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种运用于航空的电机模组、云台、无人机及一种云台的控制方法。

【背景技术】

无人驾驶飞行器(简称无人机，UAV)具有体积小、重量轻、费用低、操作灵活和安全性高的特点，可广泛应用于、监测、搜救、资源勘查、农业灌溉等领域。以机械作业为例，是除航拍外作为无人机的另一个重要功能，将机械臂安装于云台，通过电机模组控制云台的二维或三维转动以实现机械臂的位置调整，以实现相关作业。

相关技术的电机模组包括电机和与电机组配的减速机，通过将电机的转速按比例通过减速机转化为扭力，以实现对机械臂的驱动。当然，还可以运用于其它场合，并非限于机械臂的运用，其原理一样。

然而，相关技术的电机模组仅能在通电情况下由转子输出动力实现对云台的转向控制，从而实现对机械臂的方向控制，当断电后，电机模组无动力输出，转子处理自由运动状态，机械臂在外力作用机可随意摆动，在运输等过程中，机械臂容易因自由摆动产生碰撞而造损坏或造成人员受伤，可靠性差且存在严重的安全隐患。

因此，实有必要提供一种新的电机模组、云台、无人机及一种云台的控制方法解决上述技术问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种体积小、可靠性和安全性好的电机模组、云台、无人机及一种云台的控制方法。

为达到上述目的，本发明提供一种电机模组，包括转子、装配于所述转子的定子、刹车片、驱动装置及控制板；所述转子包括转子侧壁及由所述转子侧壁沿其轴线方向延伸的延伸壁，所述延伸壁和所述定子之间形成收容空间，所述刹车片、所述驱动装置及所述控制板均收容于所述收容空间内；所述刹车片一端铰接于所述定子的靠近所述转子的一侧，所述刹车片另一端固定于所述驱动装置，所述驱动装置驱动所述刹车片沿铰接点转动以实现所述刹车片与所述延伸壁的抵接或分离；所述控制板设置有电容及弹力开关，所述电容与所述驱动装置电连接并为所述驱动装置供电，所述弹力开关用于所述控制板和所述驱动装置的连接/断开，以控制所述电容为所述驱动装置供电/断电。

优选的，所述刹车片包括第一刹车片和与所述第一刹车片共同围成环状结构的第二刹车片，所述第一刹车片的其中一端和所述第二刹车片的其中一端分别铰接于所述定子的靠近所述转子的一侧；所述第一刹车片的另一端和所述第二刹车片的另一端分别固定于所述驱动装置的相对两端。

优选的，所述驱动装置包括马达本体、由马达本体延伸的驱动轴和第一连接件，所述驱动轴的远离所述马达本体的一端设有外螺纹，所述第一连接件设有贯穿其上的通孔，所述通孔的内壁设有与所述外螺纹配合的内螺纹，所述第一连接件与所述驱动轴螺纹连接；所述第一刹车片的一端固定于所述第一连接件，所述第二刹车片的一端固定于所述马达本体的远离所述驱动轴的一端；所述驱动轴通过正、反转调节其插入所述通孔的长度以同时驱动所述第一刹车片和所述第二刹车片分别与所述延伸壁抵接或分离。

优选的，所述驱动装置还包括所述第二连接件，所述第二连接件、所述马达本体、所述驱动轴及所述第一连接件均设置于所述定子的靠近所述转子的一侧，所述第二连接件卡接于所述马达本体的远离所述第一连接件的一端并形成固定，所述第二刹车片的一端固定于所述第二连接件。

优选的，所述电容与所述马达本体电连接并为所述马达本体供电。

优选的，所述电机模组还包括固定于所述收容空间内的支撑架，所述驱动装置卡设于所述支撑架内并相对于所述支撑架相对滑动。

优选的，所述第一刹车片和所述第二刹车片结构相同且均呈与所述延伸壁形状匹配的弧形结构；所述第一刹车片包括片体和贴设固定于所述片体的靠近所述延伸壁一侧的摩擦片，所述片体铰接于所述定子且一端与所述驱动装置固定连接；所述片体为钢材制成，所述摩擦片为橡胶制成。

本发明还提供一种云台，该云台包括如上所述任意一项所述的电机模组。

本发明还提供一种无人机，该无人机包括如上所述任意一项所述的云台。

本发明还提供一种无人机的控制方法，该方法适用于以上任意一项所述的无人机，该方法包括如下步骤：

检测云台通断电状态：

云台为通电状态时，所述控制板控制所述电容充电，同时所述控制板生成解抱信号并驱动所述驱动轴正向旋转，直至使所述刹车片与所述延伸壁间隔，实现所述电机模组为解抱状态；

云台为断电状态时，所述控制板控制所述电容放电，同时所述控制板生成抱闸信号并驱动所述驱动轴反向旋转，使得所述刹车片靠近所述延伸壁直至完全抵接，实现所述电机模组为抱闸状态；

云台为断电状态且所述电机模组为抱闸状态时，按下所述控制板上的所述弹力开关以实现所述电机模组呈解抱状态；松开所述弹力开关以实现所述电机模组呈抱闸状态。

与相关技术相比，本发明的电机模组、云台及无人机，所述转子包括转子侧壁和沿其轴线方向延伸形成的延伸壁，所述延伸壁和所述定子之间形成收容空间，所述刹车片、所述驱动装置及所述控制板收容于所述收容空间内，该结构不会增大所述转子的横截面的面积，并充分利用所述延伸壁和所述定子的之间的空间；所述驱动轴通过正、反转调节其插入所述通孔的长度以同时驱动所述第一刹车片和所述第二刹车片分别与所述延伸壁抵接或分离，在断电时，所述驱动轴正转，所述转轴旋入所述通孔，所述驱动装置的整体长度变小，固接于所述驱动装置的所述第一刹车片和所述第二刹车片分别沿着铰接于所述定子的点转动，所述第一刹车片和所述第二刹车片分别与所述延伸壁抵接，所述转子被所述刹车片抱闸锁刹，该结构保证断电时刹车工作的可靠性高；所述控制板上设置有弹力开关，当云台处于断电锁死的状态时，按住该开关即可松开抱闸机构，进而调整云台三轴角度，松开按键后立即恢复锁死状态，从而实现三轴位置手动调整，方便云台装箱运输。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本发明电机模组的立体结构示意图；

图2为本发明电机模组的立体结构分解示意图；

图3为本发明电机模组的另一角度立体结构分解示意图；

图4为本发明电机模组的驱动装置的立体结构分解示意图；

图5为本发明云台的立体结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参图1-3所示，本发明提供一种电机模组100，包括定子1、转子2、刹车片3、驱动装置4、支撑架5及控制板6。

所述定子1装配于所述转子2，本实施方式中，所述定子1用于产生励磁磁场，其结构为线圈，也就是电磁铁。所述转子2的内壁设有至少两个永久性磁铁。所述定子1装配于所述转子2的结构为外转子型的电机结构，即所述电机模组100的所述转子2在外面，而所述定子1在内部。

所述转子2包括转子侧壁21和沿其轴线方向延伸形成的延伸壁22。所述延伸壁22和所述定子1之间形成收容空间。

所述刹车片3一端铰接于所述定子1的靠近所述转子2的一侧，所述刹车片3另一端固定于所述驱动装置4，所述驱动装置4驱动所述刹车片3沿铰接点转动以实现所述延伸壁22的抵接或分离，即所述延伸壁22用于与所述刹车片3抵触后通过摩擦使所述转子2停转。所述刹车片3、所述驱动装置4、所述支撑架5及所述控制板6均收容于所述收容空间内。该结构不会增大所述转子的横截面的面积，从而可以使所述电机模组100体积小巧，便于用于设计和使用。

本实施方式中，具体的，所述刹车片3包括第一刹车片31和与所述第一刹车片31共同围成环状结构的第二刹车片32，所述第一刹车片31的其中一端和所述第二刹车片32的其中一端分别铰接于所述定子1的靠近所述转子2的一侧；所述第一刹车片31的另一端和所述第二刹车片32的另一端分别固定于所述驱动装置4的两端。具体的，所述第一刹车片31和所述第二刹车片32结构相同。该结构形成对称，使得所述刹车片实现刹车时平稳，提高其可靠性。

本实施方式中，所述刹车片3为呈与所述延伸壁22形状匹配的弧形结构，即是所述第一刹车片31和所述第二刹车片32结构相同且均呈与所述延伸壁形状匹配的弧形结构。呈弧形结构的所述刹车片3与所述延伸壁22内表面可以吻合，两者相抵触时接触面积大，有利于增大两者的摩擦力，可以更快的使所述转子2停转。具体的，所述第一刹车片31包括片体311和贴设固定于所述片体的靠近所述延伸壁22一侧的摩擦片312。所述第二刹车片32的结构与所述第一刹车片31相同。所述片体311材料为钢材，所述摩擦片312材料为橡胶。所述刹车片3设置所述摩擦片312有利于增大摩擦力并减少摩擦发热，且工作时安静，也有利于所述摩擦片312后续损耗后更换。所述片体311铰接于所述定子1且一端与所述驱动装置4固定连接。

请参图4所示，所述驱动装置4包括马达本体41、驱动轴42、第一连接件43以及第二连接件44。

所述马达本体41电连接外部电源和控制板6，接通电源后可以驱动所述驱动轴42转动。

所述驱动轴42由所述马达本体41延伸的，所述驱动轴42的远离所述马达本体41的一端设有外螺纹。

所述第一连接件43设有贯穿其上的通孔431，所述通孔431的内壁设有与所述外螺纹配合的内螺纹。所述驱动装置4固接于所述刹车片3，该结构用于断电时驱动所述刹车片3对所述转子2进行锁刹。具体的，所述第一刹车片31的一端固定于所述第一连接件43，所述第二刹车片32的一端固定于所述马达本体41的远离所述驱动轴42的一端。所述驱动轴42通过正、反转调节其插入所述通孔431的长度以同时驱动所述第一刹车片31和所述第二刹车片32分别与所述延伸壁22抵接或分离。也就是说，所述驱动轴42通过正、反转旋入或旋出所述通孔431以同时驱动所述第一刹车片31和所述第二刹车片32分别与所述延伸壁22抵接或分离，从而实现对驱动装置的刹车或使其继续工作。该结构可以调节所述驱动轴42和所述第一连接件43的总长度，即所述驱动装置4的整体长度，当所述驱动轴42旋入通孔431时，所述驱动装置4的整体长度变短，所述第一连接件43拉动所述刹车片3，使所述第一刹车片31和所述第二刹车片32分别与所述延伸壁22抵接抱闸刹车，所述转子2停止转动；反之，则所述驱动装置4的整体长度变长，所述第一刹车片31和所述第二刹车片32分别与所述延伸壁22分离解闸，使所述转子2可以正常转动。

所述第二连接件44用于限制所述马达本体41的位置。所述第二连接件44、所述马达本体41、所述驱动轴42及所述第一连接件43均设置于所述定子1的靠近所述转子的一侧，所述第二连接件44卡接于所述马达本体41的远离所述第一连接件43的一端并形成固定，所述第二刹车片32的一端固定于所述第二连接件44。该结构有利于防止所述马达本体41提供驱动力的时候产生自转，相当于自身打滑，提高所述电机模组100的安全性。

当然，不限于此，所述驱动装置4还可以为气缸(图未示)，所述气缸包括气缸本体(图未示)和由所述气缸本体一端延伸出的活塞杆(图未示)，所述第一刹车片31和所述第二刹车片32分别固定于所述活塞杆和所述气缸本体的远离所述活塞杆的一端。活塞杆的伸缩即实现气缸整体长度的变化，从而实现驱动所述刹车片3动作，其原理与马达相同，在此不再赘述。

所述支撑架5固定于所述收容空间内，所述驱动装置4卡设于所述支撑架内并相对于所述支撑架相对滑动。所述支撑架5用于限制卡充于其内部的所述马达本体41、所述驱动轴42、所述第一连接件43及所述第二连接件44的移动范围。所述驱动轴42旋入或者旋出所述通孔431造成所述驱动装置4产生移动。当所述驱动装置4移动幅度过大时，由所述驱动装置4拉动的所述刹车片3可能抵接所述延伸壁22或者所述定子1的幅度过大，引起所述刹车片3或者所述转子2损坏。所述支撑架5限制所述驱动装置4移动幅度过大，保证了所述驱动装置4在所述支撑架5内并相对于支撑架5相对滑动，保证所述电机模组100的安全性并提高其工作可靠性。

所述控制板6设置有电容61及弹力开关62，所述电容61与所述驱动装置4电连接并为所述驱动装置4供电，所述弹力开关62用于所述控制板6和所述驱动装置4的连接/断开，以控制所述电容61为所述驱动装置4供电/断电。具体的，所述电容61与所述马达本体41电连接并为所述马达本体41供电，所述电容61通过电线连接于所述马达本体41并灵活设置在所述收容空间10内，有利于减少所述电机模组100的体积。在断电时，所述电机模组100外部没有电源接通所述马达本体41，所述电容61向所述马达本体41提供电源，保证锁刹所述转子2的工作正常，使所述电机模组100的安全性和可靠性提高；所述弹力开关62用于调整云台三轴角度，在云台处于断电锁死的状态下，按住该弹力开关即可松开抱闸机构，进而调整云台三轴角度，松开按键后立即恢复锁死状态，从而实现三轴位置手动调整，方便云台的装箱运输。

实施断电锁刹和通电解锁时，所述电机模组100工作如下：

所述电机模组100外部的电源在停止供电时，所述电容61向给所述马达本体41提供电源所述驱动轴42正转，所述驱动轴42旋入所述通孔431，用于调节其插入所述通孔431的长度，即所述驱动轴42和所述第一连接件43的总长度变小，即所述驱动装置4的整体长度变小。固接于所述驱动装置4的所述第一刹车片31和所述第二刹车片32分别沿着铰接于所述定子1的点转动，所述摩擦片312抵接于所述延伸壁22，所述转子2被所述刹车片3抱闸刹车。当所述驱动装置4移动到所述支撑架5限制位置时，所述电容放电减少至零，所述电容61停止给所述马达本体41供电，并在所述支撑架5作用下，所述驱动轴42停止转动并固定在所述通孔431，所述刹车片3通过所述摩擦片312抵接于所述延伸壁22形成抱闸，所述转子2被所述刹车片3锁定。所述电机模组100外部的电源重新供电时，所述马达本体41和所述电容61同时接通外部的电源。所述电容61开始充电，所述驱动轴42反转，所述驱动轴42旋出所述通孔431，所述驱动轴42和所述第一连接件43的总长度变大，即所述驱动装置4的整体长度变大。固接于所述驱动装置4的所述第一刹车片31和所述第二刹车片32分别沿着铰接于所述定子1的点转动，所述摩擦片312与所述延伸壁22分离解闸。当所述驱动装置4移动到所述支撑架5另外一端限制位置时，所述电容61完成充电，所述马达本体41也同时停止工作。所述刹车片3设置在所述定子1和所述延伸壁22之间，所述转子2正常转动工作。

本发明提供一种云台200，包括至少两个所述电机模组100。在断电情况下，所述电机模组100将所述云台200锁刹使其不能自由转动，方便运输，且存放时可靠性和安全性更高。

本发明提供一种无人机，包括所述的云台200，所述云台200包括至少两个所述电机模组100。

本发明还提供一种无人机的控制方法，该方法适用于以上任意一项所述的无人机，该方法包括如下步骤：

检测云台通断电状态：

云台为通电状态时，所述控制板控制所述电容充电，同时所述控制板生成解抱信号并驱动所述驱动轴正向旋转，直至使所述刹车片与所述延伸壁间隔，实现所述电机模组为解抱状态；

云台为断电状态时，所述控制板控制所述电容放电，同时所述控制板生成抱闸信号并驱动所述驱动轴反向旋转，使得所述刹车片靠近所述延伸壁直至完全抵接，实现所述电机模组为抱闸状态；

云台为断电状态且所述电机模组为抱闸状态时，按下所述控制板上的所述弹力开关以实现所述电机模组呈解抱状态；松开所述弹力开关以实现所述电机模组呈抱闸状态。

在通电过程中，控制板生成解抱信号，驱动刹车片与延伸壁间隔，电机模组可自由转动；在断电过程中，电容放电，同时控制板生成抱闸信号，刹车片向延伸壁靠近直至与延伸壁抵接，电机模组停止转动；若云台断电后的三轴位置不利于存放、运输，可按下弹力开关，然后手动调整云台的三轴位置，直至调到最佳状态，再松开弹力开关，云台立即恢复锁刹。该方法不仅在云台通、断电过程中可以从控制板上得到解、抱刹信号，还可以通过按压控制板上的弹性开关实现对锁刹状态下的云台的三轴位置的调整。

与相关技术相比，本发明的电机模组、云台及无人机，所述转子包括转子侧壁和沿其轴线方向延伸形成的延伸壁，所述延伸壁和所述定子之间形成收容空间，所述刹车片、所述驱动装置及所述控制板收容于所述收容空间内，该结构不会增大所述转子的横截面的面积，并充分利用所述延伸壁和所述定子的之间的空间；所述驱动轴通过正、反转调节其插入所述通孔的长度以同时驱动所述第一刹车片和所述第二刹车片分别与所述延伸壁抵接或分离，在断电时，所述驱动轴正转，所述转轴旋入所述通孔，所述驱动装置的整体长度变小，固接于所述驱动装置的所述第一刹车片和所述第二刹车片分别沿着铰接于所述定子的点转动，所述第一刹车片和所述第二刹车片分别与所述延伸壁抵接，所述转子被所述刹车片抱闸锁刹，该结构保证断电时刹车工作的可靠性高；所述控制板上设置有弹力开关，当云台处于断电锁死的状态时，按住该开关即可松开抱闸机构，进而调整云台三轴角度，松开按键后立即恢复锁死状态，从而实现三轴位置手动调整，方便云台装箱运输。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机模组，包括转子和装配于所述转子的定子，其特征在于，所述转子包括转子侧壁及由所述转子侧壁沿其轴线方向延伸的延伸壁，所述延伸壁和所述定子之间形成收容空间，所述电机模组还包括刹车片、驱动装置及控制板，所述刹车片、所述驱动装置及所述控制板均收容于所述收容空间内；所述刹车片一端铰接于所述定子的靠近所述转子的一侧，所述刹车片另一端固定于所述驱动装置，所述驱动装置驱动所述刹车片沿铰接点转动以实现所述刹车片与所述延伸壁的抵接或分离；所述控制板设置有电容及弹力开关，所述电容与所述驱动装置电连接并为所述驱动装置供电，所述弹力开关用于所述控制板和所述驱动装置的连接/断开，以控制所述电容为所述驱动装置供电/断电。

2.根据权利要求1所述的电机模组，其特征在于，所述刹车片包括第一刹车片和与所述第一刹车片共同围成环状结构的第二刹车片，所述第一刹车片的其中一端和所述第二刹车片的其中一端分别铰接于所述定子的靠近所述转子的一侧；所述第一刹车片的另一端和所述第二刹车片的另一端分别固定于所述驱动装置的相对两端。

3.根据权利要求2所述的电机模组，其特征在于，所述驱动装置包括马达本体、由马达本体延伸的驱动轴和第一连接件，所述驱动轴的远离所述马达本体的一端设有外螺纹，所述第一连接件设有贯穿其上的通孔，所述通孔的内壁设有与所述外螺纹配合的内螺纹，所述第一连接件与所述驱动轴螺纹连接；所述第一刹车片的一端固定于所述第一连接件，所述第二刹车片的一端固定于所述马达本体的远离所述驱动轴的一端；所述驱动轴通过正、反转调节其插入所述通孔的长度以同时驱动所述第一刹车片和所述第二刹车片分别与所述延伸壁抵接或分离。

4.根据权利要求3所述的电机模组，其特征在于，所述驱动装置还包括所述第二连接件，所述第二连接件、所述马达本体、所述驱动轴及所述第一连接件均设置于所述定子的靠近所述转子的一侧，所述第二连接件卡接于所述马达本体的远离所述第一连接件的一端并形成固定，所述第二刹车片的一端固定于所述第二连接件。

5.根据权利要求3所述的电机模组，其特征在于，所述电容与所述马达本体电连接并为所述马达本体供电。

6.根据权利要求1所述的电机模组，其特征在于，所述电机模组还包括固定于所述收容空间内的支撑架，所述驱动装置卡设于所述支撑架内并相对于所述支撑架相对滑动。

7.根据权利要求1所述的电机模组，其特征在于，所述第一刹车片和所述第二刹车片结构相同且均呈与所述延伸壁形状匹配的弧形结构；所述第一刹车片包括片体和贴设固定于所述片体的靠近所述延伸壁一侧的摩擦片，所述片体铰接于所述定子且一端与所述驱动装置固定连接；所述片体为钢材制成，所述摩擦片为橡胶制成。

8.一种云台，其特征在于，该云台包括如权利要求1至7任意一项所述的电机模组。

9.一种无人机，其特征在于，该无人机包括如权利要求8所述的云台。

10.一种无人机的控制方法，提供如权利要求9所述的无人机，其特征在于，该方法包括如下步骤：

检测云台通断电状态：

云台为通电状态时，所述控制板控制所述电容充电，同时所述控制板生成解抱信号并驱动所述驱动轴正向旋转，直至使所述刹车片与所述延伸壁间隔，实现所述电机模组为解抱状态；

云台为断电状态时，所述控制板控制所述电容放电，同时所述控制板生成抱闸信号并驱动所述驱动轴反向旋转，使得所述刹车片靠近所述延伸壁直至完全抵接，实现所述电机模组为抱闸状态；

云台为断电状态且所述电机模组为抱闸状态时，按下所述控制板上的所述弹力开关以实现所述电机模组呈解抱状态；松开所述弹力开关以实现所述电机模组呈抱闸状态。