CN114394226A - 一种无人机舵机 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及舵机领域,尤其是涉及一种无人机舵机,包括安装壳、安装在安装壳内的齿轮组、设置在安装壳内的电位器、驱动马达、盖设在安装壳上的盖板以及底板,所述底板贴合安装壳一侧固定有第一凸缘,所述安装壳上开设有用于嵌设第一凸缘的第一嵌槽,所述安装壳背离第一凸缘一侧一体成型有第二凸缘,所述盖板贴合安装壳一侧一体成型有用于嵌设第二凸缘的第二嵌槽,通过上述方案,使得外界湿气更加难以进入安装壳的内腔内,保障了整个舵机的使用寿命。

Description

一种无人机舵机
技术领域
本申请涉及舵机领域,尤其是涉及一种无人机舵机。
背景技术
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。在高档遥控玩具,如飞机、潜艇模型,遥控机器人中已经得到了普遍应用。
已知舵机包括外壳、齿轮组、驱动马达、电位器,外壳包括底板、安装壳、盖板,电位器以及驱动马达均安装在安装壳内,齿轮组安装在安装壳与盖板之间。实际工作中,通过驱使驱动马达的转轴转动,驱动马达转轴的扭矩通过齿轮组进行减速,从而传递处更大的扭矩,在电位器的检测作用下,控制扭转的角度。从而实现对无人机方位的控制。
常规的无人机舵机外壳通常也由安装壳、底板和盖板组合而成,安装壳与底板之间直接通过螺栓固定连接,盖板也直接通过螺栓与安装壳固定连接,整个外壳的防水性比较差,无人机飞行过程中,外界的湿气易进入舵机外壳内,从而影响整个无人机的飞行,缩短了无人机的使用寿命。
发明内容
为了保障无人机的使用寿命,本申请提供一种无人机舵机。
本申请提供的一种无人机舵机,采用如下的技术方案:
一种无人机舵机,包括安装壳、安装在安装壳内的齿轮组、设置在安装壳内的电位器、驱动马达、盖设在安装壳上的盖板以及底板,所述底板贴合安装壳一侧固定有第一凸缘,所述安装壳上开设有用于嵌设第一凸缘的第一嵌槽,所述安装壳背离第一凸缘一侧一体成型有第二凸缘,所述盖板贴合安装壳一侧一体成型有用于嵌设第二凸缘的第二嵌槽。
通过采用上述技术方案,第一凸缘嵌设在第一嵌槽内,增大了底板与安装壳之间缝隙的路径,从而提升了密封性。第二凸缘嵌设在第二嵌槽内,也增大了盖板与安装壳之间缝隙的路径,使得外界湿气更加难以进入安装壳的内腔内,保障了整个舵机的使用寿命。
可选的,所述舵机的外侧开设有若干个减重槽,若干条首尾相接的减重槽沿着安装壳的高度方向间隔均匀排列。
通过采用上述技术方案,减重槽一方面减轻了整个舵机的重量,另一方面增大了整个舵机外壳的散热面积,使得舵机工作状态下散热更加优良,提升了舵机的使用寿命。
可选的,所述齿轮组包括输出齿轮和调速轮组,所述调速轮组包括主动调速轮和从动调速轮,所述从动调速轮位于主动调速轮与输出齿轮之间,所述从动调速轮包括从动柔性轮、同轴固定在从动柔性轮上的传动齿轮,所述传动齿轮与输出齿轮啮合,所述主动调速轮为从动柔性轮,所述主动调速轮同轴固定在驱动马达转轴上,所述安装壳上设置有用于驱使主动调速轮与从动柔性轮同步转动的连接件,所述安装壳上还设置有用于调节调速轮组输出传动比的调节组件。
通过采用上述技术方案,通过调节组件,可根据输出齿轮转轴上的扭矩反馈改变主动调速轮和从动调速轮之间的传动比,从而驱动马达的转动力经过主动调速轮和从动调速轮,实现啮合输出齿轮转动,当待控制器件所需控制速度以及响应速度高时,此时增快输出齿轮的转速,从而快速调节到位,当输出齿轮需要传递高扭矩时,此时通过改变传动比使得输出齿轮的转速降低,在相同功率下提升改变输出齿轮扭矩。
可选的,所述从动柔性轮包括第一板、同轴设置在第一板上的第二板、同轴固定在第一板与第二板之间的柔性套,所述连接件为皮带,所述皮带绕卷在两个柔性套之间。
通过采用上述技术方案,皮带绕卷在两个柔性套之间,通过向柔性套内充入液压油或气体,使得柔性套膨胀改变直径,从而实现调节主动调速轮和从动调速轮之间的传动比。
可选的,所述调节组件包括设置在安装壳上用于检测输出齿轮扭矩的扭矩传感器、设置在安装壳内的密封管、两个同步且同向滑移在密封管内的活塞、设置在密封管上与扭矩传感器电连接形成反馈调节,并驱使两个活塞同向滑移的驱动件,所述密封管一端与其中一个柔性套相连通,密封管的另一端与另一个柔性套相连通。
通过采用上述技术方案,舵机在工作过程中,扭矩传感器实时传输舵机的扭矩数据,从而通过驱动件,使得两个活塞同步且同向移动,最终使得两个柔性套之间的传动比改变,保障整个舵机在最佳传动比下输出最大的扭矩,一方面有助于提升驱动马达的使用寿命,另一方面使得舵机难以产生无用功或能量过剩。
可选的,所述驱动件包括固定在两个活塞之间的螺纹杆、转动连接在密封管内的螺套、同轴固定在螺套上的蜗轮、与蜗轮啮合并转动连接在密封管上的蜗杆、固定在密封管上的伺服电机,所述蜗杆同轴固定在伺服电机的转轴上,所述扭矩传感器与伺服电机电连接。
通过采用上述技术方案,通过伺服电机使得蜗杆啮合蜗轮转动,从而使得螺套同步转动,螺杆与螺套螺纹连接,由于螺杆沿着密封管的轴向滑移在密封管内,从而使得伺服电机驱使两个活塞同步且同向转动,密封管内填充有液压油,活塞移动使得液压油进入柔性套内,从而改变柔性套的直径,实现传动比的变化。
可选的,所述齿轮组包括同轴固定在驱动马达转轴上的第一齿轮、转动连接在安装壳上的第二齿轮、设置在第一齿轮与第二齿轮之间的第三齿轮,所述第一齿轮、第三齿轮和第二齿轮依次啮合,所述第一齿轮与第二齿轮的传动比为百分之九。
通过采用上述技术方案,将驱动马达的高转速通过第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮啮合进行减速,从而输出高扭矩,将传动比控制在百分之九,使得整个舵机便于控制质量较大的器件。
可选的,所述第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮相互啮合的间隙角度小于0.5度,所述驱动马达的转速设置为每小时2.85万转,所述第一齿轮、第二齿轮以及第三齿轮均采用四十五号钢材质。
通过采用上述技术方案,保障第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮三者之间的啮合间隙,保障扭矩的传输,减少扭矩传输过程中,能量的损耗。
可选的,安装壳内的操作温度设置为零下二十度至六十五摄氏度之间,所述驱动马达的峰值电流为小于3.2安培,扰动电流小于等于0.015安培。
通过采用上述技术方案,控制整个舵机的工作温度环境,同时控制驱动马达的峰值电流以及扰动电流,保障整个舵机的正常运转。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1. 第一凸缘嵌设在第一嵌槽内,增大了底板与安装壳之间缝隙的路径,从而提升了密封性。第二凸缘嵌设在第二嵌槽内,也增大了盖板与安装壳之间缝隙的路径,使得外界湿气更加难以进入安装壳的内腔内,保障了整个舵机的使用寿命。
2. 根据输出齿轮转轴上的扭矩反馈改变主动调速轮和从动调速轮之间的传动比,从而驱动马达的转动力经过主动调速轮和从动调速轮,实现啮合输出齿轮转动,当待控制器件所需控制速度以及响应速度高时,此时增快输出齿轮的转速,从而快速调节到位,当输出齿轮需要传递高扭矩时,此时通过改变传动比使得输出齿轮的转速降低,在相同功率下做到输出齿轮扭矩实时调节,保障整个舵机在最佳传动比下输出最大的扭矩,一方面有助于提升驱动马达的使用寿命,另一方面使得舵机难以产生无用功或能量过剩。
附图说明
图1是实施例一中舵机的整体结构示意图。
图2是本实施例一中舵机的爆炸图。
图3是本实施例一中舵机的部分结构,主要用于展示齿轮组。
图4是实施例二中齿轮组的整体结构示意图。
图5是实施例二中从动柔性轮的整体结构示意图。
图6是实施例二中驱动件的整体结构示意图,主要用于展示密封管的内部结构。
附图标记:1、安装壳;2、齿轮组;3、电位器;4、驱动马达;5、盖板;6、底板;7、第一凸缘;8、第一嵌槽;9、第二凸缘;10、第二嵌槽;11、减重槽;12、输出齿轮;13、调速轮组;14、主动调速轮;15、从动调速轮;16、从动柔性轮;17、传动齿轮;18、调节组件;19、第一板;20、第二板;21、柔性套;22、皮带;23、扭矩传感器;24、密封管;25、活塞;26、驱动件;27、螺纹杆;28、螺套;29、蜗轮;30、蜗杆;31、伺服电机;32、第一齿轮;33、第二齿轮;34、第三齿轮。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种无人机舵机。
实施例一:
参照图1和图2,一种无人机舵机,包括安装壳1、齿轮组2、电位器3、驱动马达4、盖板5和底板6,齿轮组2安装在安装壳1上,电位器3也安装在安装壳1上,驱动马达4装设在安装壳1内。实际使用过程中,安装壳1上集成设置有电路板,通过外界电信号的输入,控制驱动马达4转动,从而齿轮组2中的齿轮转动,实现控制器件的方向,整个运转过程中电位器3实时校对检测摆动的方向角度以及位置,从而便于人为控制器件的移动方向。
参照图2,为了提升整个安装壳1、底板6和盖板5之间的密封性,保障安装壳1内部器件的使用寿命,从而在底板6贴合安装壳1的一侧一体成型有第一凸缘7,在安装壳1的底部侧壁上开设有第一嵌槽8,第一凸缘7嵌设在第一嵌槽8内,第一凸缘7以及第一嵌槽8的设置,增大了外界湿气从底板6与安装壳1之间连接缝隙进入安装壳1内部的难度。
参照图2,为了进一步提升舵机的密封性,同时在安装壳1背离底板6的一侧一体成型有第二凸缘9,在盖板5贴合安装壳1的侧壁上开设有第二嵌槽10,第二凸缘9嵌设在第二嵌槽10内。从而使得外界湿气难以从盖板5与安装壳1之间连接缝隙进入安装壳1内。
参照图2,齿轮组2包括第一齿轮32、第二齿轮33和第三齿轮34,第一齿轮32同轴固定在驱动马达4的转轴上,第二齿轮33转动连接在安装壳1上,电位器3设置在第二齿轮33的下方,从而实时检测第二齿轮33转动的转动角度。第三齿轮34转动连接在安装壳1上,且位于第一齿轮32与第二齿轮33之间,第一齿轮32啮合第三齿轮34,第三齿轮34啮合第二齿轮33转动,从而驱使驱动马达4的转轴转动的过程中便可实现第二齿轮33的转轴转动。
参照图2,为了使得整个舵机能获得较大的扭矩,将第一齿轮32与第二齿轮33的传动比设置为百分之九,驱动马达4的最大转速设置为每小时2.85万转。同时为了保障传动过程中扭矩的损失,将第一齿轮32、第二齿轮33和第三齿轮34三者之间的啮合间隙角度设置为小于0.5度,从而保障了第一齿轮32、第二齿轮33和第三齿轮34三者之间的有效传动,减少了传动过程中的能量损耗。
参照图2,为了减少第一齿轮32、第二齿轮33和第三齿轮34三者之间传动过程中的磨损,将第一齿轮32、第二齿轮33以及第三齿轮34均设置为四十五号钢材质,从而提升了第一齿轮32、第二齿轮33以及第三齿的硬度。
参照图2,为了进一步保障整个舵机的使用寿命,将安装壳1内最大的操作温度设计为零下二十度至六十五摄氏度之间,当整个舵机的操作温度超过这个范围时,集成在舵机上的温度检测单元报警提示,从而提醒操控人员回收无人机停止飞行操控。同时将驱动马达4的峰值电流设置为小于3.2安培,扰动电流小于等于0.015安培,通过此种技术参数的设计,减缓了舵机内部的振动,从而减少了扰动电流的产生,减少舵机内部线路短路的现象。
参照图2,在舵机的安装壳1外侧开设有若干个减重槽11,若干条首尾相接的减重槽11沿着安装壳1的高度方向间隔均匀排列,从而减重槽11一方面减轻了整个舵机的重量,更加便于无人机升空飞行。同时增大了整个安装壳1的散热面积,提升了整个舵机的使用寿命。
实施例二:
参照图2和图3,为了进一步保障整个舵机的使用寿命,实施例二与实施例一的不同之处在于:齿轮组2包括输出齿轮12和调速轮组13,输出齿轮12转动连接在安装壳1上,电位器3位于输出齿轮12的下方,从而检测输出齿轮12的转动角度。
参照图2和图4,调速轮组13包括主动调速轮14和从动调速轮15,从动调速轮15位于主动调速轮14与输出齿轮12之间。从动调速轮15包括从动柔性轮16和传动齿轮17,传动齿轮17同轴固定在从动柔性轮16的转轴上且与输出齿轮12啮合。主动调速轮14的结构与从动柔性轮16的结构相同。主动调速轮14同轴固定在驱动马达4的转轴上,在主动调速轮14与从动柔性轮16之间设置有连接件。通过连接件实现主动调速轮14与从动柔性轮16同步转动。
参照图4和图5,从动柔性轮16包括第一板19、第二板20和柔性套21,第一板19与第二板20均为金属材质的圆板,柔性套21一端固定在第一板19上,另一端固定在第二板20上,从而在柔性套21的作用下,使得第一板19与第二板20形成体积可变的密封腔。连接件最优设置为皮带22,皮带22绕卷在两个柔性套21的外侧。从而驱使主动调速轮14转动的过程中,实现从动柔性轮16同步转动。
参照图4,为了减少传动过程中能量出现过剩或不足的现象,保障输出齿轮12具有最佳的传动比,在安装壳1上还设置有用于调节调速轮组13输出传动比的调节组件18。
参照图4和图6,调节组件18包括扭矩传感器23、密封管24、活塞25和设置在密封管24上与扭矩传感器23电连接形成反馈调节,并驱使两个活塞25同向滑移的驱动件26,具体的扭矩传感器23固定在输出齿轮12的转轴上用于检测输出齿轮12转轴的扭矩。密封管24固定在安装壳1的内壁上,密封管24为方管,且两端呈封闭状,密封管24一端通过管道与其中一个柔性套21同轴转动连接并密封连通,密封管24的另一端通过管道与另一个柔性套21同轴转动连接并密封连通。活塞25设置有两个且均位于密封管24内腔内,两个活塞25沿着密封管24的轴向同步且同向滑移,从而使得两个柔性套21同步调节。
参照图3、图4和图6,驱动件26包括螺纹杆27、螺套28、蜗轮29、蜗杆30和伺服电机31,螺纹杆27固定在两个活塞25之间,螺纹杆27沿着自身轴向滑移在密封管24的内腔内,螺套28转动连接在密封管24的内壁上,螺套28与螺杆螺纹连接。蜗轮29同轴固定在螺套28的外侧,蜗杆30转动连接在密封管24上,蜗杆30与蜗轮29啮合。伺服电机31固定在安装壳1的内壁上,伺服电机31的转轴与蜗杆30的转轴同轴固定连接。扭矩传感器23与伺服电机31电连接。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人机舵机,包括安装壳(1)、安装在安装壳(1)内的齿轮组(2)、设置在安装壳(1)内的电位器(3)、驱动马达(4)、盖设在安装壳(1)上的盖板(5)以及底板(6),其特征在于:所述底板(6)贴合安装壳(1)一侧固定有第一凸缘(7),所述安装壳(1)上开设有用于嵌设第一凸缘(7)的第一嵌槽(8),所述安装壳(1)背离第一凸缘(7)一侧一体成型有第二凸缘(9),所述盖板(5)贴合安装壳(1)一侧一体成型有用于嵌设第二凸缘(9)的第二嵌槽(10)。
2.根据权利要求1所述的一种无人机舵机,其特征在于:所述舵机的外侧开设有若干个减重槽(11),若干条首尾相接的减重槽(11)沿着安装壳(1)的高度方向间隔均匀排列。
3.根据权利要求1所述的一种无人机舵机,其特征在于:所述齿轮组(2)包括输出齿轮(12)和调速轮组(13),所述调速轮组(13)包括主动调速轮(14)和从动调速轮(15),所述从动调速轮(15)位于主动调速轮(14)与输出齿轮(12)之间,所述从动调速轮(15)包括从动柔性轮(16)、同轴固定在从动柔性轮(16)上的传动齿轮(17),所述传动齿轮(17)与输出齿轮(12)啮合,所述主动调速轮(14)为从动柔性轮(16),所述主动调速轮(14)同轴固定在驱动马达(4)转轴上,所述安装壳(1)上设置有用于驱使主动调速轮(14)与从动柔性轮(16)同步转动的连接件,所述安装壳(1)上还设置有用于调节调速轮组(13)输出传动比的调节组件(18)。
4.根据权利要求3所述的一种无人机舵机,其特征在于:所述从动柔性轮(16)包括第一板(19)、同轴设置在第一板(19)上的第二板(20)、同轴固定在第一板(19)与第二板(20)之间的柔性套(21),所述连接件为皮带(22),所述皮带(22)绕卷在两个柔性套(21)之间。
5.根据权利要求4所述的一种无人机舵机,其特征在于:所述调节组件(18)包括设置在安装壳(1)上用于检测输出齿轮(12)扭矩的扭矩传感器(23)、设置在安装壳(1)内的密封管(24)、两个同步且同向滑移在密封管(24)内的活塞(25)、设置在密封管(24)上与扭矩传感器(23)电连接形成反馈调节,并驱使两个活塞(25)同向滑移的驱动件(26),所述密封管(24)一端与其中一个柔性套(21)相连通,密封管(24)的另一端与另一个柔性套(21)相连通。
6.根据权利要求5所述的一种无人机舵机,其特征在于:所述驱动件(26)包括固定在两个活塞(25)之间的螺纹杆(27)、转动连接在密封管(24)内的螺套(28)、同轴固定在螺套(28)上的蜗轮(29)、与蜗轮(29)啮合并转动连接在密封管(24)上的蜗杆(30)、固定在密封管(24)上的伺服电机(31),所述蜗杆(30)同轴固定在伺服电机(31)的转轴上,所述扭矩传感器(23)与伺服电机(31)电连接。
7.根据权利要求1所述的一种无人机舵机,其特征在于:所述齿轮组(2)包括同轴固定在驱动马达(4)转轴上的第一齿轮(32)、转动连接在安装壳(1)上的第二齿轮(33)、设置在第一齿轮(32)与第二齿轮(33)之间的第三齿轮(34),所述第一齿轮(32)、第三齿轮(34)和第二齿轮(33)依次啮合,所述第一齿轮(32)与第二齿轮(33)的传动比为百分之九。
8.根据权利要求7所述的一种无人机舵机,其特征在于:所述第一齿轮(32)、第二齿轮(33)和第三齿轮(34)相互啮合的间隙角度小于0.5度,所述驱动马达(4)的转速设置为每小时2.85万转,所述第一齿轮(32)、第二齿轮(33)以及第三齿轮(34)均采用四十五号钢材质。
9.根据权利要求6所述的一种无人机舵机,其特征在于:安装壳(1)内的操作温度设置为零下二十度至六十五摄氏度之间,所述驱动马达(4)的峰值电流为小于3.2安培,扰动电流小于等于0.015安培。
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